1

GRAU EN ENGINYERIA ELECTRÒNICA INDUSTRIAL

LABORATORI DE QUÍMICA II

(ORGÀNICA)

Curs 2015-2016

PER ENTRAR AL LABORATORI, L’ESTUDIANT HA D’ANAR PROVEÏT DE:

QUADERN DE PRÀCTIQUES

QUADERN DE LABORATORI

ULLERES DE SEGURETAT

BATA DE LABORATORI

GUANTS DE GOMA

MARCADOR PERMANENT

LLAPIS

2

OBJECTIUS GENERALS

Es vol que l’estudiant que faça les pràctiques de laboratori de Química II adquirisca les competències següents:

1. Saber relacionar l’estructura dels compostos orgànics senzills amb les seues propietats físiques.

2. Ser capaç de buscar i trobar coneixements relacionats amb l’àrea, sempre aplicant la capacitat crítica i autocrítica.

3. Ser capaç d’interpretar, valorar i comunicar dades rellevants fent ús del llenguatge propi de la química orgànica.

4. Conèixer els riscos associats amb l’ús de compostos orgànics i de les tècniques aplicades en la seua manipulació, obtenció, aïllament, purificació i anàlisi.

5. Relacionar la química orgànica amb algunes aplicacions industrials: adquirir conceptes bàsics de la química de polímers.

Per aconseguir els objectius anteriors, els estudiants han de fer tres sessions de dues hores i mitja:

1 FORCES INTERMOLECULARS I PROPIETATS FÍSIQUES

DELS COMPOSTOS ORGÀNICS

TÈCNIQUES DE LABORATORI EN QUÍMICA ORGÀNICA I

2,5 h

2 FORCES INTERMOLECULARS I PROPIETATS FÍSIQUES

DELS COMPOSTOS ORGÀNICS

TÈCNIQUES DE LABORATORI EN QUÍMICA ORGÀNICA II

2,5 h

3 SÍNTESI DE NILÓ 2,5 h

REQUISITS

L’assistència a les classes és obligatòria. Les pràctiques no es recuperen, per la qual cosa les faltes d’assistència o de puntualitat s’han de justifica degudament. A l’alumne se li assigna un lloc de treball al laboratori, que ha de mantenir durant totes les sessions de pràctiques. L’alumne ha de complir en tot moment les normes de funcionament i de seguretat establertes al laboratori.

3

Cada alumne disposa d’un quadern de laboratori, que sempre ha d’estar al dia. Aquest quadern no s’ha de passar en net i no poden ser fulls solts. L’ideal és un quadern d’anelles. L’alumne ha d’acudir al laboratori amb la pràctica que ha de fer preparada convenientment.

NORMES DE FUNCIONAMENT - Cada alumne ha de portar obligatòriament per a cada sessió:

bata de laboratori ulleres de seguretat guants de goma espàtula o cullereta quadern de laboratori

- És obligatori l’ús d’ulleres i bata en previsió de possibles accidents durant

tota la permanència al laboratori, així com disposar d’un parell de guants individualment. No s’aconsella l’ús de lents de contacte, pel risc que suposen en un laboratori de química orgànica.

- Durant els primers cinc minuts de cada sessió, cada parella ha de revisar el lloc de treball per comprovar que té tot el material corresponent. En el cas de material excedent, s’ha de dipositar a la zona assenyalada a aquest efecte dins el laboratori. En cas de defecte cal buscar al lloc de material excedent abans de sol·licitar-lo al professor.

- En cas de trencament de material, s’ha de sol·licitar immediatament al professor la reposició de la peça, havent de lliurar la peça trencada. Per sol·licitar la reposició, l’alumne ha d’emplenar un full amb les dades necessàries. Aquests fulls estan a la disposició dels alumnes.

- El material de pràctiques s’ha de guardar a la taquilla, a excepció del que és necessari per a la realització de la pràctica corresponent i d’aquell que en tot moment haja d’estar sobre la taula.

- En acabar la sessió, s’han de lliurar els resultats (dades numèriques i productes) al professor, i cal netejar el lloc de treball i fer recompte del material.

NORMES DE SEGURETAT PER A LA PERMANÈNCIA AL LABORATORI

Quan un estudiant entre per primera vegada al laboratori, ha de localitzar: eixida d’emergència, dutxes d’emergència, rentaülls, extintors i manta ignífuga.

Les normes següents són d’obligat i estricte compliment:

1) Queda terminant prohibit fumar o consumir aliments al laboratori.

2) La bata i les ulleres de seguretat s’han d’usar en tot moment durant la permanència al laboratori. No es permet l’accés al laboratori d’alumnes que no disposen o no facen ús dels objectes descrits. Cal usar sempre els guants durant la manipulació dels productes.

4

3) Les lents de contacte poden ser molt perilloses en cas d’esquitxades accidentals als ulls. Per tant es recomana l’ús d’ulleres graduades o d’ulleres de seguretat especials.

4) Per al transvasament de líquids s’han d’utilitzar embuts de vidre. Si s’han d’usar pipetes, cal utilitzar les peres de goma apropiades. No s’han de pipetejar mai líquids amb la boca.

5) Cal tancar els flascons de reactius i dissolvents immediatament després del seu ús. Cal evitar la inhalació de vapors, tant de sòlids com de líquids. Si algun producte desprèn vapors tòxics, s’ha de manejar a la vitrina.

6) No s’han de manipular mai productes o dissolvents inflamables prop de mantes i plaques calefactores. Si algun líquid o sòlid es vessa en qualsevol lloc del laboratori, s’ha de netejar immediatament de la forma adequada. En cas de trencament de termòmetres, aviseu immediatament el professor per eliminar el mercuri.

7) Els dissolvents orgànics no s’han d’escalfar directament sinó per mitjà de banys d’aigua allunyats de la font de calor i sempre en matrassos d’Erlenmeyer o tubs d’assaig, mai en vasos de precipitats.

8) No s’han d’abocar residus a les piques, s’han de tractar adequadament o emmagatzemar als llocs adequats. No s’ha de tirar material de vidre trencat a les papereres. s’ha de lliurar al professor per reposar-lo al lloc de treball.

9) Com que s’utilitza material elèctric (mantes, reguladors, etc.), cal mantenir perfectament net i sec el lloc de treball i el material assignat. La manipulació de qualsevol element d’aquest material s’ha de fer amb l’aparell en qüestió a temperatura ambient i desconnectat de la xarxa.

10) No tenir mai en marxa mantes o plaques calefactores en buit, és a dir, sense un recipient (vas, matràs, etc.) per escalfar. No s’han d’utilitzar els reguladors elèctrics a més de mitja potència.

11) No s’ha d’abandonar mai el lloc de treball mentre s’estiga duent a terme alguna reacció o destil·lació!!

L’INCOMPLIMENT DE QUALSEVOL D’AQUESTES NORMES PODRÀ IMPLICAR DES D’UNA SERIOSA AMONESTACIÓ FINS A l’EXPULSIÓ DE L’ALUMNE DEL LABORATORI!

TELÈFONS D’URGÈNCIA: 112

ASSEGURANÇA ESCOLAR (SERVEI PREVENCIÓ RISCOS LABORALS) 963983301 INFORMACIÓ TOXICOLÒGICA (SERVEI PERMANENT) 915620420

5

RECORDA: AL LABORATORI…

FAMILIARITZA’T AMB ELS ELEMENTS DE SEGURETAT

PROTEGEIX-TE ELS ULLS AMB LES ULLERES DE SEGURETAT

PORTA BATA i RENTA’T LES MANS SOVINT

LLEGEIX ATENTAMENT LES INSTRUCCIONS ABANS DE REALITZAR

UN EXPERIMENT

ASSEGURA’T QUE EL MATERIAL ESTÀ EN PERFECTES CONDICIONS

ASSEGURA’T QUE ELS MUNTATGES SÓN CORRECTES

MANIPULA TOTS ELS PRODUCTES QUÍMICS AMB MOLTA PRECAUCIÓ

UTILITZA LES VITRINES EXTRACTOREES PER MANIPULAR PRODUCTES

QUE PRODUÏSQUEN VAPORS TÒXICS O CORROSIUS

CONSERVA LA TEUA ZONA DE TREBALL NETA I ENDREÇADA

DEIXA SEMPRE EL MATERIAL NET I ORDENAT

SI ES VESSA UN PRODUCTE, RECULL-LO IMMEDIATAMENT

NO MENGES, NI BEGUES, NI FUMES

NO OLORES, INHALES O TASTES PRODUCTES QUÍMICS

MAI NO CÓRREGUES NI JUGUES

NO TREBALLES SOL

MAI NO DUGUES A TERME EXPERIMENTS NO AUTORITZATS

SEMPRE QUE TINGUES UN DUBTE, PREGUNTA AL PROFESSOR

6

AVALUACIÓ

La qualificació obtinguda en les pràctiques de laboratori suposa el 20% de la qualificació global de l’assignatura i és la mitjana aritmètica entre la nota obtinguda en pràctiques de Química Orgànica i pràctiques de Química Inorgànica. Per aprovar l’assignatura, és necessària l’assistència a les sis sessions (tres d’Orgànica i tres d’Inorgànica) i obtenir almenys 4 punts sobre 10 en la mitjana de les dues.

Per a la nota corresponent a les pràctiques de química orgànica es consideren els aspectes següents:

- Demostrar coneixement de les tècniques experimentals, mantenir una actitud participativa i de respecte a les normes de seguretat, preparació de la pràctica i quadern de laboratori.

- Al final del període de pràctiques, l’alumne respon per escrit un examen sobre les pràctiques realitzades. Les qüestions versen sobre la part experimental, les tècniques i les observacions relacionades amb el desenvolupament de les pràctiques.

QUADERN DE LABORATORI El quadern l’ha de tenir l’alumne durant la permanència al laboratori, posat al dia. En qualsevol moment pot ser revisat pel professor. L’escriptura ha de ser llegible i la presentació clara. La redacció de la memòria de la pràctica ha de presentar d’una forma ordenada i completa els punts indicats a continuació, incloent: introducció, objectius, esquema de la pràctica, material i reactius, fulls de seguretat, resultats i conclusions. 1. Forces intermoleculars i propietats físiques dels compostos orgànics - Qüestions prèvies - Resultats experimentals i observacions - Conclusions i qüestions posteriors 2. Pràctica de tècniques de laboratori - Qüestions prèvies - Observacions - Conclusions i qüestions posteriors 3. Pràctica de síntesi de niló - Qüestions prèvies - Observacions - Conclusions i qüestions posteriors IMPORTANT: EL QUADERN AMB LA MEMÒRIA HA DE SER PREPARAT INEXCUSABLEMENT ABANS D’ENTRAR AL LABORATORI BIBLIOGRAFIA • “Técnicas experimentales en síntesis orgánica” M. A. Martínez Grau i A. G. Csákÿ. Ed. Síntesis. • “Curso Práctico de Química Orgánica” R. Q. Brewster, C.A. Vanderwerr i W.E. McEwen. Editorial Alhambra. • “Química Orgánica Experimental” H. D. Durst i G. Gokel. Ed. Reverté. • “Experimental organic chemistry” L. M. Harwood and C. J. Moody, Ed. Blackwell Sci. Publ. • “Experimental Methods in Organic Chemistry” J. A. Moore, D. L. Dalrymple, 2a edició, W. B. Saunders Co., 1976.

7

• “Handbook of Chemistry and Physics” • “The Merck Index”

PRÀCTICA 1 (2.5 hores)

FORCES INTERMOLECULARS I PROPIETATS FÍSIQUES DELS COMPOSTOS ORGÀNICS

1. Objectiu a) Demostrar que la comprensió dels diferents tipus de forces intermoleculars pot ajudar a predir les propietats físiques dels compostos.

b) Observar la variació dels punts de fusió en funció de la polaritat.

c) Observar la variació de la solubilitat en funció de la distinta polaritat de les substàncies a combinar.

2. Introducció Denominem interaccions intermoleculars a les forces d’atracció que existeixen entre molècules d’igual o diferent naturalesa. Les interaccions intermoleculars són molt importants en els sòlids i els líquids. En aquestes fases condensades, les molècules estan en contacte mitjançant forces de cohesió i la naturalesa d’aquestes forces influeix en les propietats físiques dels compostos, com ara el punt d’ebullició, el punt de fusió o la solubilitat.

L’anàlisi de la polaritat i distribució dels enllaços de les molècules ens permet predir quins tipus d’interaccions intermoleculars es podrien establir entre elles i estudiar com la diferent naturalesa d’aquestes forces de cohesió intermolecular influeix en les propietats físiques dels compostos.

L’electronegativitat () és una propietat atòmica que representa la capacitat d’un àtom en una molècula per atraure els electrons cap a ell. A continuació es donen alguns valors d’electronegativitat, segons l’escala de Pauling, necessaris per a la comprensió de la pràctica.

H

2.20

He

Li

0.98

Be 1.57

B

2.04

C 2.55

N 3.04

O 3.44

F 3.98

Ne

Na 0.93

Mg 1.31

Al 1.61

Si 1.90

P 2.19

S 2.58

Cl 3.16

Ar

K

0.82 Ca

1.00

Sc 1.36

Ti 1.54

V 1.63

Cr 1.66

Mn 1.55

Fe 1.83

Co 1.88

Ni 1.91

Cu 1.90

Zn 1.65

Ga 1.81

Ge 2.01

As 2.18

Se 2.55

Br 2.96

Kr 3.00

El percentatge de caràcter iònic d’un enllaç és determinat per la diferència d’electronegativitat dels dos àtoms que formen el mateix segons l’equació:

8

La polaritat d’un enllaç depèn del caràcter iònic del mateix i la d’una molècula de la distribució dels enllaços polars i del pes relatiu enllaços polars/enllaços apolars. Segons la polaritat dels seus enllaços, els compostos poden ser considerats iònics (, polars (0.5 > o apolars

Hi ha tres tipus principals de forces d’atracció que provoquen que les molècules s’associen en sòlids i líquids:

- Forces de dispersió de London: afecten totes les molècules.

- Forces dipol-dipol: entre molècules polars.

- Interaccions per pont d’hidrogen: entre molècules amb hidrògens relativament àcids.

Un canvi d’estat implica un canvi en les forces de cohesió intermoleculars. L’estat sòlid implica una xarxa 3D d’interaccions intermoleculars més fortes que en l’estat líquid. La temperatura a què es produeix el canvi d’estat depèn de les atraccions intermoleculars o forces de cohesió entre les molècules.

Una dissolució és una mescla homogènia de dues substàncies, solut i dissolvent, que no reaccionen entre si. Encara que hi ha molts tipus de dissolucions, un cas particular, molt freqüent en el treball de laboratori el constitueixen aquelles en què el dissolvent és líquid. A més d’aigua com a dissolvent, es coneixen un gran nombre de compostos, orgànics o inorgànics, que poden actuar com a dissolvents líquids.

Com a regla general “un compost serà més fàcilment soluble en un dissolvent de naturalesa química similar” o, el que és el mateix, “semblant dissol semblant”. D’acord amb això, un compost polar es dissoldrà preferentment en un dissolvent polar i un compost no polar ho farà en un dissolvent no polar.

L’aigua és un bon dissolvent de compostos iònics i, si bé no és l’únic, és el que s’utilitza més sovint. També dissol bé compostos orgànics polars com ara l’etanol, l’àcid acètic (vinagre), sacarosa (sucre) etc.

Molts compostos iònics són solubles en aigua com ara:

- Les sals dels metalls alcalins (grup 1), així com les d’ions amoni.

9

- Els nitrats, clorats i perclorats.

- La major part dels clorurs, bromurs i iodurs, excepte els formats amb els cations plata, mercuri (I) i plom.

- La major part dels sulfats. (El sulfat de calci i el sulfat de plata són lleugerament solubles, mentre que els de bari, mercuri (II) i plom són insolubles.)

Són insolubles:

- La major part dels hidròxids, excepte els hidròxids de l’alcalins i l’hidròxid de bari. L’hidròxid de calci és lleugerament insoluble.

- Els carbonats, fosfats i sulfurs, amb excepció dels alcalins i els de amoni.

Molts compostos orgànics tenen una polaritat moderada o baixa i són poc o gens solubles en aigua, però es dissolen fàcilment en dissolvents orgànics. Hi ha una gran varietat de dissolvents orgànics de diferent polaritat; la taula resumeix alguns dels que s’utilitzen més, ordenats de menor a major polaritat.

3. Experimental

Preparació dels tubs: etiqueta clarament cada tub d’assaig (net i sec) amb retolador de vidre utilitzant els codis indicats en la taula corresponent.

Assaig 1. Punt de fusió i forces de cohesió. En aquest assaig confirmarem que la temperatura a què es produeix un canvi d’estat està relacionada amb la naturalesa de les forces de cohesió. Procediment: introdueix en cada capil·lar una petita quantitat (1 mm) de compost, determineu si el punt de fusió de cada producte és menor que 150 C, entre 150-200 C,

10

o major que 200 C i anota el resultat en la secció “Resultats experimentals” de la taula 2. Per omplir el capil·lar, se subjecta per la part tancada i s’introdueix la part oberta en el reactiu; es gira el capil·lar i es colpeja suaument perquè la mostra baixe fins al fons. En cada cicle de l’aparell utilitza 3 capil·lars: un al centre buit i als costats dos capil·lars, en el primer cicle amb àcid benzoic i naftol i en el segon cicle amb àcid tartàric i CaCl2.

Assaig 2. Solubilitat i forces de cohesió. En aquest assaig confirmarem que un compost polar es dissoldrà preferentment en un dissolvent polar i un compost no polar ho farà en un dissolvent no polar (“semblant dissol semblant” ). Procediment: etiqueta els tubs amb nombres de l’1 al 4 i els vials amb nombres del 5 al 9 utilitzant marcadors permanents. Afegeix als tubs 2 mL d’aigua desionitzada i als vials agrega la mateixa quantitat d’hexà i tapa-ho. Afegeix el solut (una cullerada aprox. rasa mesurada amb l’espàtula petita) a cada tub/vial, tal com s’indica en la taula 1 (neteja l’espàtula entre reactiu i reactiu. Consell: quan agregues un reactiu a l’aigua, afegeix el mateix reactiu a l’hexà). Tapa-ho, agita-ho i anota l’observació corresponent en la secció “Resultats experimentals”, de la taula 2. Taula 1. Contingut tubs/vials

En acabar cada assaig, es recull el contingut de cada tub/vial al recipient de residus, marcat amb el seu nombre. Taula 2. Taula de resultats

Compost Àcid

benzoic -naftol

Àcid tartàric

CaCl2 Hexà Aigua

Estructura

-

[Ca]2+[Cl]2- CH3(CH2)4CH3

de l’enllaç més polar en cada cas

% caràcter iònic de l’enllaç més polar en cada cas

Polaritat de la molècula (iònica, polar, apolar)

Prediccions

Punt de fusió (<150, 150-200, >200)

C

11

És soluble en aigua?

(sí/no)

És soluble en hexà? (sí/no)

Dades experimentals

Punt de fusió (<150, 150-200, >200)

C

És soluble en aigua?

(sí/no)

És soluble en hexà? (sí/no)

Dades descrites en la literatura

Punt de fusió (<150, 150-200, >200)

C

És soluble en aigua?

(sí/no)

És soluble en hexà? (sí/no)

Nota:* No cal continuar escalfant si per sobre de 200 C encara no ha fos.

4. QÜESTIONS Qüestions prèvies 1. Revisa els conceptes següents buscant les definicions corresponents.

a. Compost iònic b. Compost molecular c. Compost polar d. Compost apolar

2. Descriu amb detall les interaccions solut-dissolvent en el procés de dissolució de NaCl. 3. Tenint en compte les consideracions exposades en la introducció, indica en la taula de resultats quines serien les prediccions quant als valors esperats, dins el rang indicat, per a cada compost i propietat física. 4. Busca els valors descrits en la literatura per a les propietats en estudi de cada compost i anota’ls en la secció corresponent de la taula de resultats. 5. Escriu les equacions de les reaccions que permetrien:

a) Obtenir les sals d’un àcid carboxílic, un fenol o una amina b) Obtenir un àcid carboxílic, un fenol o una amina a partir de les seues sals?

Qüestions posteriors al treball experimental 1. Compara els punts de fusió predits, els observats i els descrits en la literatura per a

12

l’assaig 1. 2. Compara les dades de solubilitat predits, els observats i els descrits en la literatura per a l’assaig 2. 3. Descriu el tipus d’interaccions intermoleculars presents en cada cas de l’assaig 1 i proposa una possible orientació relativa per a cada parell de molècules. 4. Descriu el tipus d’interaccions intermoleculars presents en cada cas de l’assaig 2 i proposa una possible orientació relativa per a cada parell de molècules.

PRÀCTICA 2 (2.5 hores)

TÈCNIQUES DE LABORATORI EN QUÍMICA ORGÀNICA. SEPARACIÓ I PURIFICACIÓ D’UN ÀCID CARBOXÍLIC SÒLID (ÀCID BENZOIC)

I UN ALCOHOL LÍQUID (ALCOHOL BENZÍLIC)

1. Introducció

La separació, dels components d’una mescla binària composta per àcid benzoic i alcohol benzílic, es basa en l’ús de les diferents propietats àcid/base d’ambdues substàncies i d’una tècnica denominada extracció líquid-líquid. Posteriorment, es purificarà per recristal·lització l’àcid benzoic.

Reaccions àcid-base i solubilitat de compostos orgànics Els àcids carboxílics (RCOOH) i les amines (R3N) amb R de cadena curta i alguns fenols (ArOH,Ar = anell aromàtic) són polars i solubles en aigua i donen lloc a equilibris àcid-base.

Els àcids carboxílics, les amines i els fenols poc polars són poc solubles en aigua i difícilment mostren les seues propietats àcid-base. La seua transformació en les sals corresponents requereix l’ús d’una base o un àcid aquós, respectivament. Les sals formades, com que són iòniques, es dissolen fàcilment en aigua. Els àcids carboxílics reaccionen fàcilment amb dissolucions aquoses de NaOH i NaHCO3 per donar les sals corresponents i, així, àcids poc polars i insolubles en aigua donen lloc

O

OH OH

Acido benzoico Alcohol bencílico

Grupo funcional Ácido carboxílico Grupo funcional Álcohol

13

a sals solubles. Els fenols són també àcids però, en general, més febles que els àcids carboxílics, raó per la qual solament reaccionen amb bases més fortes com NaOH (aq).

Totes aquestes reaccions són equilibris i, per tant, es poden desplaçar en un sentit o un altre segons l’acidesa o la basicitat del medi. Per exemple, una dissolució aquosa de la sal sòdica d’un àcid insoluble per reacció amb HCl(aq) regenerarà l’àcid que, com que és insoluble, precipita.

Els canvis de solubilitat per transformació dels compostos en les seues sals i la regeneració posterior del compost de partida tenen una gran utilitat en la separació de compostos orgànics mitjançant tècniques d’extracció.

2. Objectius

La pràctica consisteix a efectuar la separació de cadascun dels dos components: - Àcid benzoic (usat com a conservant d’aliments), basat en el seu caràcter àcid. - Alcohol benzílic, un líquid incolor amb una aroma suau agradable, produït en forma natural per diverses plantes i que es troba en nombroses fruites i te, així com en olis essencials com ara el gessamí, jacint, És parcialment soluble en aigua (4 g/100 mL) i és completament miscible en alcohols i èter etílic. PREGUNTES PRÈVIES

- En què consisteix l’extracció líquid-líquid?

- En què consisteix la recristal·lització?

3. Procediment experimental

A) Extracció amb embut de decantació 50 mL d’una dissolució en acetat d’etil que contenen 5 mL d’alcohol benzílic i 5 g àcid benzoic es transvasen, amb l’ajuda d’un embut cònic, a un embut de decantació. La dissolució anterior s’extrau amb uns 20 mL de solució 2M NaOH/H2O, agitant i obrint la clau de forma alternativa. L’embut es deixa reposar i, una vegada s’han separat les dues fases clarament, es trau la fase inferior (aquosa) llevant el tap i obrint la clau amb cura. La fase superior (orgànica) es torna a extraure dues vegades més, seguint el mateix procediment. Una vegada enllestida l’extracció, es combinen les fases aquoses. La fase orgànica resultant es renta una vegada amb 20 mL de dissolució saturada (o al 5%) de NaHCO3 aquós. Seguidament se separen les fases, es rebutja l’aquosa (inferior) i es renta la superior (orgànica) amb 20 mL de dissolució saturada de NaCl en aigua. Finalment, les fases se separen i l’orgànica es transvasa a un erlenmeyer de 100 mL per al seu assecament amb MgSO4 anhidre. Per assecar la dissolució, s’afegeix mitja

14

cullerada del MgSO4 anhidre i s’agita ocasionalment durant 5-10 min. B) Cristal·lització i determinació de punts de fusió La solució aquosa bàsica s’acidula amb HCl concentrat (gota a gota i amb agitació) fins a pH 2-3. L’àcid benzoic precipitat de la fase aquosa anterior es recull, per filtració en Büchner al buit, es renta amb una mica d’aigua freda i es recristal·litza dissolent-ho en la menor quantitat possible d’aigua a ebullició. Es deixa refredar la dissolució en l’ambient fins que siga tèbia i després es refreda amb un bany de gel i aigua durant uns deu minuts perquè la cristal·lització siga completa. Els cristalls obtinguts es recullen per filtració al buit, es renten amb petites porcions d’aigua freda i es deixen assecar fins a la sessió següent de pràctiques. Aleshores es determina el punt de fusió (bibliografia: 121 C), es pesen, es calcula el percentatge d’àcid pur recuperat i es lliuren al professor al final de la sessió de pràctiques.

OBSERVACIONS EXPERIMENTALS I QÜESTIONS

- Quin compost queda en la fase orgànica? I en la fase aquosa? Per què?

- Fes un diagrama de flux explicant cada etapa.

- Pesa la quantitat d’àcid benzoic obtingut i calcula el rendiment de la seua separació.

PRÀCTICA 3 (2.5 hores)

SÍNTESI DE NILÓ

INTRODUCCIÓ

La química estudia la transformació de la matèria. En aquest sentit, l’home no solament ha preparat materials nous d’interès, sinó que des d’antic ha explotat el que les fonts naturals li han proporcionat. En aquesta pràctica parlarem, molt breument, d’un conjunt de compostos que per la seua estructura general es diferencien en les seues propietats de les molècules discretes a què estem acostumats. Ens referim als polímers, que són estructures constituïdes per un gran nombre d’unitats (poli = molts; mer = unitat).

Són polímers naturals, el cotó i la cel·lulosa (carbohidrats), la seda i la llana (proteïnes) i el cautxú (hidrocarburs), entre d’altres, que com tots sabeu són materials que utilitzem quotidianament. Els polímers també poden ser d’origen sintètic, de fet l’home ha desenvolupat procediments industrials per a la preparació de productes d’interès. N’és un El niló que com tots sabem (o sabrem en un moment donat) es tracta en general d’un conjunt d’estructures de poliamida (per l’agrupació amida repetitiva en la cadena) que té com a característiques principals una gran resistència i capacitat de filar-se, cosa que fa que es puga utilitzar com a fibra.

Una fibra polimèrica és un polímer les cadenes del qual estan esteses linealment l’una al costat de l’altra al llarg d’un eix.

Els polímers ordenats d’aquesta manera poden ser filats i usats com a tèxtils. Tot això és degut a la intensitat de les interaccions intermoleculars que s’estableixen entre cadenes.

15

No hem d’oblidar que les molècules no estan aïllades sinó que interaccionen amb les entitats químiques que tenen al seu voltant, per això parlem d’interaccions intermoleculars, ja siga amb molècules del dissolvent o molècules veïnes. Són interaccions febles però responsables de l’estat d’agregació de la matèria. Els enllaços per pont d’hidrogen i d’altres de més febles mantenen fortament unides les cadenes encara que se sotmeta la fibra polimèrica a forts estiraments.

OBJECTIUS

Obtenció i maneig d’un polímer lineal

Estudi d’una reacció de condensació

En aquesta experiència sintetitzarem un polímer molt utilitzat industrialment com ara el niló 6,10 Com a curiositat direm que NYLON d’on ve “niló” és l’acrònim de New York-London. En aquest sentit, farem reaccionar una diamina amb un derivat d’àcid carboxílic per formar l’agrupació amida característica d’aquestes poliamides. En aquest cas, les interaccions per pont d’hidrogen entre els grups NH de l’amida i les agrupacions carboníliques de cadenes veïnes aporten a aquest material les propietats que el caracteritzen.

16

Equació química:

PREGUNTES PRÈVIES

- Si, en comptes d’afegir-hi una diamina, utilitzàrem una monoamina (1-hexilamina), què creus que obtindríem? Seria un polímer?

- En la reacció química exposada en l’equació de dalt, quin un altre producte es forma? (Una pista: l’hidròxid de sodi el neutralitza.)

Material Reactius

Pinces Na2CO3·10H2O (5g de Na2CO3·10H2O/ 100 mL d’aigua)

Proveta de plàstic

o alguna cosa similar

per enrotllar el fil

Clorur de sebacoil (10 g en 100 mL d’hexà).

Vas de precipitats

de 20 mL

1,6-hexametilendiamina, 1,6-diaminohexà (4g d’1,6-

diaminohexà es dissolen en 100 mL de Na2CO3 aquós)

Hexà

Fenolftaleïna

PROCEDIMENT EXPERIMENTAL Avís: Es treballa a la vitrina, amb ulleres i guants

1. S’aboquen 2 mL d’una dissolució d’hexametilendiamina en un vas de precipitats de 20 mL perfectament net.

17

2. S’hi afegeixen dues gotes de fenolftaleïna.

A partir d’aquest moment es deixa el vas en repòs i sense moure’l.

S’agafen amb una pipeta de plàstic 2 mL de la dissolució de clorur de sebacoil i s’aboquen lentament, per la paret del vas, sobre la dissolució d’hexametilendiamina.

Es formaran dues capes i immediatament apareixerà una pel·lícula de polímer en la interfase. Amb l’ajuda d’unes pinces es desenganxen suaument els fils de polímer de les parets del vas de precipitats.

S’ajunta la massa al centre del vas i s’alça lentament la pinça de manera que la poliamida es vaja formant contínuament i s’obtinga un fil de gran longitud que s’enrotllarà al voltant de la proveta de plàstic. El fil es pot trencar si s’estira massa de pressa, però serà molt gruixut si es va molt lentament, per tant és la persona més “hàbil” la que aconseguirà el fil més llarg.

18

Una vegada enllestit el procés, la proveta amb el fil enrotllat es renta sota l’aixeta per eliminar les restes de dissolvent i el niló obtingut es desenrotlla sobre el banc per mesurar-ne la longitud.

La dissolució que ha sobrat al vas s’ha de dipositar al recipient de residus per a dissolvents halogenats. El vas es renta amb aigua i sabó, fregant amb el fregall per eliminar possibles restes de niló sobre les parets.

OBSERVACIONS EXPERIMENTALS I QÜESTIONS

- Per què cal rentar el polímer diverses vegades amb aigua abans d’assecar-lo?

- Per què cal addicionar lentament i per la paret del vas la dissolució de clorur de sebacoil?

- Per què es formen dues capes? Què hi ha en cadascuna d’aquestes? Què passa en la interfase?

BIBLIOGRAFIA

- Horta, A., Sánchez, C.; Pérez, A.; Fernández, I., Los plásticos más usados. UNED, 2000. Madrid

- Primo Yúfera E. Química Orgánica Básica. De la molécula a la Industria. Ed Reverté. 1995.

- Vollhardt, K. P. Schore N. S. Química Orgánica. Estructura y Función. Tercera Ed. Omega, Barcelona, 2000.

- Areizaga, J.; Cotázar M. M.; Elorza, J. M.; Iruin, J. J., Polímeros. Ed Síntesis. 2002. - http://mmedia.uv.es/buildhtml?lang=es_ES&user=tcliment&name=nylon.mp4&path=

/BACHILLER/&id=8034&auth=DT257VUITH