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Recristalizacion

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ACTIVIDAD No 2: PURIFICACIÓN DE SÓLIDOS. RECRISTALIZACIÓN.

Temario: Recristalización. Etapas de una recristalización. Elección del solvente.


Volumen teórico. Filtración en caliente. Enfriamiento y cristalización. Aislamiento de los
cristales. Secado.

Importante: Para la realización de esta actividad es imprescindible el conocimiento de


temas que fueron desarrollados en otras asignaturas. Revise los temas "Bases de la
Química" y "Propiedades de las soluciones" de Química General I y los temas
"Transformaciones Físicas" y "Soluciones" de Laboratorio I.

Cuando haya completado esta actividad, Ud. deberá ser capaz de:
-decidir si una muestra puede purificarse por recristalización.
-elegir el solvente adecuado para la recristalización.
-decidir qué tipo de procedimiento realizará de acuerdo al tipo de
impurezas presentes (insolubles, solubles, coloreadas, etc)

Recristalización
Los elementos y compuestos rara vez se encuentran en la naturaleza en
forma pura. Cuando un compuesto se sintetiza en el laboratorio es frecuente que contenga
impurezas tales como el solvente usado como medio de reacción, otros productos de
síntesis, reactantes que no reaccionaron, productos de descomposición, etc.
Los sólidos orgánicos o inorgánicos suelen ser generalmente purificados
por recristalización. La recristalización es un procedimiento que permite separar un
compuesto sólido de sus impurezas, basándose en la diferencia de solubilidad del
compuesto en algún solvente (o mezclas de solventes), a dos temperaturas diferentes.
La técnica general involucra la disolución del material a cristalizar en un solvente caliente
y luego la cristalización, al enfriar lentamente la solución.

El método de purificación de una sustancia por recristalización, comprende los siguientes


pasos:
1- Selección del solvente adecuado.
2- Cálculo del volumen teórico de solvente (VT).
3- Disolución del sólido impuro en el solvente caliente.
4- Filtración en caliente.
5- Cristalización del sólido.
6- Recolección de los cristales por filtración en frío.
7- Lavado de los cristales.
8- Secado y pesada de los cristales obtenidos.
9- Determinación de la pureza del sólido.
10- Cálculo del rendimiento logrado.

1- La selección del solvente es muy importante para lograr una buena recristalización. Se
necesita una gran diferencia entre la solubilidad del compuesto a cristalizar en el solvente
frío (0º-25ºC) y la solubilidad del mismo en caliente (punto de ebullición del solvente).
Idealmente, el compuesto debería ser poco soluble a temperatura ambiente y muy soluble
a la temperatura de ebullición del solvente elegido. ¿Por qué?
En la Tabla I se muestra la solubilidad de diferentes compuestos en agua,
expresada en gramos por 100 mL. Cuando no se conoce la naturaleza de la sustancia a
recristalizar se debe seleccionar el solvente en forma experimental.
2- Una vez elegido el solvente para realizar la recristalización, se debe calcular la cantidad
de solvente necesaria para solubilizar la totalidad de la muestra que se desea recristalizar,
sobre la base del dato de la solubilidad en caliente, o sea a la temperatura de ebullición.
Este volumen calculado se denomina volumen teórico (VT). Por ejemplo, para
recristalizar 1,00 g de ioduro de estaño en H2O (empleando los datos de la Tabla I) este
volumen se calcula de la siguiente manera:

4,03 g de SnI2............100 mL de H2O


1,00 g de SnI2.............x = 24,8 mL de H2O VT = 24,8 mL

3- Para la disolución del sólido impuro en el solvente caliente se coloca la muestra a


recristalizar en un erlenmeyer (Figura 1) y se agrega una cantidad de solvente menor que
el VT (alrededor de la mitad del VT ) y, colocando un refrigerante, se calienta la disolución
a reflujo con agitación. Una vez que el solvente comienza su ebullición se agrega
lentamente (gota a gota), por la parte superior del refrigerante, el solvente necesario para
la completa disolución del sólido, esperando entre cada agregado que comience
nuevamente su ebullición. El volumen total de solvente utilizado es el volumen
experimental (Vexp) que debe ser menor (aunque no muy diferente) que el VT (note que
éste se calcula considerando que la masa de la muestra a disolver corresponde al
compuesto puro). Es importante tener en cuenta que el objetivo es disolver el soluto en la
mínima cantidad de solvente a su temperatura de ebullición. (¿Por qué?)

Figura 1

4- El proceso de filtración en caliente es necesario cuando se observa la presencia de


impurezas insolubles. Si hay impurezas insolubles, será necesario filtrar la solución en
caliente para eliminarlas antes que el compuesto puro cristalice (Figura 2).
Cuando se desea recristalizar un sólido orgánico es muy común observar que
aunque el compuesto a recristalizar es incoloro, la solución es coloreada debido a la
presencia de pequeñas cantidades de impurezas. En este caso es necesario agregar a la
solución carbón activado. El carbón activado adsorbe compuestos orgánicos y, por lo
tanto, las impurezas serán adsorbidas sobre el carbono. Se deben emplear cantidades
pequeñas de carbón activado (no más de un 2% del peso de muestra a recristalizar), ya
que éste adsorbe inevitablemente algo del compuesto a cristalizar, disminuyendo el
rendimiento del proceso. El carbón activado se separa mediante una filtración en caliente.

Figura 2
IMPORTANTE: Las impurezas insolubles y el carbón activado decolorante se deben
eliminar estando la solución caliente (en frío, precipitarían también los cristales deseados)
y el punto clave es que durante este proceso de filtrado no se enfríe la solución.
El plegado del papel tiene dos propósitos: por un lado, aumentar la superficie de contacto
entre el papel y el líquido y por otro lado, disminuir el área de contacto entre el embudo
y el papel de filtro.
5- Luego de esta primera filtración, se deja enfriar lentamente la solución para provocar
la cristalización del sólido. Si es necesario, se deben raspar las paredes del erlenmeyer
con una varilla de vidrio para favorecer la formación de núcleos de cristalización. Cuando
el crecimiento de cristales es lento y selectivo, el proceso se llama cristalización. La
cristalización es un proceso dinámico donde a partir de un pequeño núcleo el cristal crece
capa a capa seleccionando las "moléculas correctas" de la solución. Cuando el proceso de
crecimiento de cristales es rápido y no selectivo, se llama precipitación. En este último
caso, las redes cristalinas crecen rápido y las impurezas quedan atrapadas en la red. Por
esto, si se quiere purificar un sólido, se debe evitar que el proceso de enfriamiento sea
muy rápido. Por razones prácticas, tampoco debe ser muy lento. Así, el tiempo adecuado
para un proceso de cristalización será de minutos u horas y no de segundos o días.
6- Una vez formados los cristales, se los separa de sus aguas madres mediante una
filtración en frío. Se denomina aguas madres al solvente de recristalización en el que se
encuentra disuelta una cierta cantidad del compuesto a recristalizar (es decir, es una
solución saturada del compuesto a recristalizar en el solvente utilizado) y de las
impurezas solubles en dicho solvente. Esta filtración se realiza, por lo general, a presión
reducida con un embudo de Buchner y un kitasato (Figura 3).
7- Luego, los cristales deben ser lavados con el objeto de eliminar los líquidos madres
que los impregnan, los cuáles, por secado, depositarán sobre las superficies de los cristales
las impurezas que llevan disueltos. El solvente de lavado es generalmente igual al
empleado para la recristalización. Debe usarse frío y la menor cantidad posible, para
evitar pérdida por disolución.
8- El secado de los cristales es el paso final en el proceso, ya que ellos deben quedar libres
del solvente. Se colocan los cristales en un cristalizador cubierto con un papel de filtro
para evitar que se contaminen con partículas de polvo y se dejan secar al aire o en un
desecador al vacío (Figura 4), con o sin calentamiento dependiendo de las características
del sólido a secar.

Figura 3 Figura 4

9 y 10- Una vez terminado el proceso es necesario realizar la determinación de la pureza


del sólido por ejemplo realizando un punto de fusión ó una cromatografía y el cálculo del
rendimiento logrado. El rendimiento experimental corresponde a la masa recuperada
respecto de la masa inicial sometida a recristalización.

IMPORTANTE: Para que las impurezas se eliminen en forma definitiva, se necesita que
éstas sean totalmente insolubles en el solvente caliente (la muestra está disuelta) ó bien
que sean totalmente solubles en el solvente en frío (la muestra está como sólido
cristalino). En ambas situaciones, la muestra se separa de las impurezas por filtración pero
en frío ó en caliente, según corresponda.

Tabla I: Solubilidades de distintos compuestos expresadas en g/100 mL de agua.

Nitrato de amonio Nitrato de calcio Nitrato de calcio Nitrato de calcio


NH4NO3 Ca(NO3)2 tetrahidratado monohidratado
p.f.: 169,5ºC p.f.: 561ºC Ca(NO3)2.4H2O Ca(NO3)2.H2O
p.f.: 42,5ºC p.f.: 100ºC
118,30 2180 2660 45,90
871100 376100 66080 89,691

Clorato de cobre Sulfato de cobre Cloruro de cobre Cloruro de cobre


hexahidratado CuSO4 CuCl2 dihidratado
Cu(ClO3)2.6H2O p.f.: 200ºC p.f.: 620ºC CuCl2.2H2O
desc. 100ºC p.f.: 100ºC
207 14,30 70,60 110,40
m.s.100 75,4100 107,9100 192,4100
Ioduro de estaño Cianuro de potasio Oxalato de bario Iodato de calcio
SnI2 KCN BaC2O4 Ca(IO3)2
p.f.: 320ºC p.f.: 634,5ºC desc. 400oC desc. 540ºC

0,9820 500 0,009318 0,2015


4,03100 100100 0,0228100 0,6790
Clorito de plata Nitrato de plata Nitrito de plata Tetraborato de
AgClO2 AgNO3 AgNO2 sodio
p.f: 105ºC explota desc. 444oC desc. 140ºC Na2B4O7
p.f.: 741ºC
0,4525 1220 0,1550 1,060
2,13100 952100 1,36366 8,7940
Bromato de bario Ferricianuro de Fluorosilicato de Iodato de zinc
hidratado bariohexahidratad bario Zn(IO3)2
Ba(BrO3)2.H2O o BaSiF6 desc.
desc. 260ºC Ba2Fe(CN)6.6H20 desc. 300ºC
0,30 p.f.: 40ºC 0,02617 0,870
5,67100 0,1715 0,09100 1,31100
0,9100

El supraíndice colocado en el ángulo superior derecho indica la temperatura a la cual se


realizó la medición de solubilidad.
p.f. = punto de fusión; des. = se descompone; m.s. = muy soluble

TABLA II: Solubilidades de ácido benzoico (C6H5COOH) y acetanilida (C6H5CONH2)


expresadas en g/100mL de solvente, en diferentes solventes y a diferentes temperaturas.

Acido benzoico (C6H5-COOH), p.f.: 122-123ºC

Agua (H2O) Etanol (CH3CH2OH), Eter etílico


(p.eb.: 100ºC) (p.eb.: 78ºC) (H3C-CH2-O-CH2-CH3)
(p.eb.: 33ºC)
0,17 0 0,6 40 43,5 10 40 0
0,18 4 2,2 75 66,7 78 40 33
0,21 10 2,75 80
0,29 20 6,75 98
Acetanilida (C6H5NH(COCH3), p.f.: 114-115ºC
Agua (H2O)(p.eb.: Etanol Glicerina
100ºC) (CH3CH2OH)(p.eb.: (OHCH2-CHOH-
78ºC) CH2OH) (p.eb.:
290 °C)
0,54 10 3,5 85 29,4 10 166,7 78 13,6 20
0,56 25 5,0 100 36,9 20 44,9 50

p.eb.= punto de ebullición


Bibliografía
-"Curso Práctico de Química Orgánica", R.Q. Brewster, C.A. Vanderwert, W.E. Mc
Ewer. Ed. Alhambra, 1979.
-"Química Orgánica. Fundamentos Teórico-prácticos para el Laboratorio", Lydia
Galagovsky. Ed. EUDEBA, Bs.As., 2002.
-"Introduction to Organic Laboratory Techniques", D.L.Pavia, G.M. Lampman, G.S.
Kriz. Saunders College Publishing, 1995.
Actividad teórico-práctica No 2: Cuestionario de orientación

1- Mencione diferentes métodos de purificación y métodos para determinar el criterio de


pureza para muestras sólidas y líquidas (ver Apéndice 1). Comente sobre las diferencias
entre ellos.

2- Indique cuáles son los distintos pasos que se deben realizar en una recristalización,
explicando las características principales de cada uno de ellos.

3- Utilizando los datos de la Tabla I:

a) Calcule el volumen teórico de solvente (agua) para recristalizar 0,800 g de:


i) Ca(NO3)2.4H2O ii) CuCl2 iii) AgClO2 iv) BaC2O4
b) ¿Qué conclusiones puede obtener comparando los resultados?
c) ¿Cómo será este valor comparado con el volumen experimental? ¿Por qué?

4- Según los datos de la Tabla II, explique cuál solvente utilizaría para recristalizar 10,00
g de ácido benzoico, analizando los rendimientos teóricos correspondientes (JSR):
a) agua.
b) etanol.
c) éter etílico.

5- Se desean purificar por recristalización 10,00 g del compuesto X, cuya solubilidad en


diferentes solventes es:

Solvente
A B C D E F
Solubilidades en g/100 mL
a 10 ºC 0,80 20,0 0,20 10,0 0,50 0,10

a 100 ºC 8,0 20,0 0,80 80,0 80,0 80,0

a) ¿Qué solvente/s elegiría para su purificación? J.S.R


b) ¿Cuántos gramos de X perdería en el mejor de los casos?. En qué etapa de la
recristalización ocurriría esta pérdida?
c) ¿Qué solvente elegiría si tuviese una impureza insoluble en los solventes A, E y F?
J.S.R.
d) ¿Qué solvente elegiría si tuviese una impureza insoluble en el solvente A y con la
misma solubilidad que X en los otros solventes? J.S.R.

6- ¿Cuál es la consecuencia de utilizar una mayor cantidad de solvente que la necesaria


para la solubilización total de la muestra a ebullición?
7- En la tabla que se encuentra a continuación, se muestran datos de la solubilidad de un
compuesto Y en agua, a diferentes temperaturas

Temperatura (ºC) Solubilidad de Y (g/100 mL de agua)


0 2,00
20 4,00
40 8,00
60 12,00
80 20,00

a) Grafique Solubilidad vs Temperatura, empleando los datos de la tabla. Una los puntos
graficados.
b) Suponga que se agregan 5,00 mL de agua a 0,60 g de Y y se calientan hasta una
temperatura de 80ºC, esperaría que se disuelva todo el compuesto Y presente? Si/No.
J.S.R.
c) Si la solución preparada en b) se enfría hasta T = 20ºC. ¿Cuántos gramos de Y sólido
podría obtener como máximo?

8- Dos alumnos recristalizan muestras de 2,000 g de ácido benzoico en agua (ver Tabla
II). El primero, disuelve el ácido benzoico a 80ºC y lo filtra a 10ºC. El segundo, lo
disuelve a 98ºC y lo filtra a 10ºC.
a) Calcule la cantidad de agua que necesita cada alumno y la cantidad máxima de ácido
benzoico que se recuperará en cada caso.
b) Suponiendo que ambos alumnos trabajan adecuadamente, cuál de los dos alumnos
obtendría un mayor rendimiento teórico?

9- Dos alumnos recristalizan cada uno, muestras iguales de 1,000 g de acetanilida impura,
utilizando agua como solvente. A tal fin disuelven la muestra a 98°C, filtran en caliente
y luego ambos enfrían a 10°C. El primero de ellos (alumno 1) obtiene 0,7800 g de
acetanilida pura, mientras que el segundo (alumno 2) obtiene 0,6500 g.
Calcule el rendimiento que obtuvo cada alumno.
¿Qué observaciones podría realizar sobre el procedimiento realizado por cada uno de los
alumnos en base de los resultados obtenidos.

10- Se dispone de una sustancia A (0,900 g) impurificada con una sustancia B (0,200 g).
Ambas sustancias tienen igual solubilidad en un solvente (0,1 g/100 mL de solvente a
20°C y 1 g/100 mL de solvente a 100°C). Considere que las solubilidades de ambas
sustancias no se ven afectadas por la presencia de la otra sustancia. Indique si podría
obtener la sustancia A pura, mediante la realización de una ó más recristalizaciones? JSR.
Si su respuesta es afirmativa, qué cantidad de la sustancia A pura podría obtener?

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