Universidad de San Carlos de Guatemala

Facultad de Ingeniería

Escuela de Ingeniería Química

Área de Química

Laboratorio de Química Orgánica 1

Impartido por: Ing. Qco. Adrián Soberanis

QUÍMICA DEL CARBÓN

Marlon David Méndez Gómez

2012-13042

Sección A

Guatemala, Agosto 05 del 2014

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SECCION PUNTUACION1.Resumen /102.Objetivos /5

3.Marco Teórico /54.Marco Metodológico /5

5.Resultados /156. Interpretación de resultados /30

7.Conclusiones /158.Bibliografía /59.Apéndice /10

9.1 Datos originales /19.2 Muestra de calculo /59.3 Datos Calculados /4

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RESUMEN

Los grupos de trabajo del laboratorio de orgánica se dividieron para

elaborar, carbonización y extracción de materia orgánica y evaluar rendimientos

de extracción utilizando el equipo adecuado para lograr dicho fin.

Los rendimientos de carbono obtenido por parte de dos grupos muestran

discrepancias en alrededor de un 30%, debido a la pureza de las muestras

utilizadas, para evaluar el rendimiento de extracción de la pectina se utilizó un

equipo de extracción soxhlet, los rendimientos obtenidos por parte de los

grupos muestran comportamientos similares.

Se observó cambios en las propiedades coligativas de la solución con la

pectina.

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OBJETIVOS

Objetivo General

Aprender técnicas básicas de laboratorio como lo son: extracción y

carbonización, y obtener rendimientos de extracción y carbonización de materia

orgánica, utilizando el equipo adecuado para alcanzar lo planteado

anteriormente.

Objetivos Específicos

1. Conocer el proceso de carbonización de materia orgánica, al adicionar

ácido sulfúrico a una muestra de sacarosa y obtener el rendimiento de la

muestra.

2. Obtener el rendimiento de extracción de pectina, obtenida del pericarpio

de un una naranja, utilizando el equipo soxhlet.

3. Adquirir conocimientos sobre el manejo de la cristalería más utilizada y

las uniones de cada una las partes que integran los equipos a utilizar.

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MARCO TEÓRICO

Propiedades del carbono

Las propiedades físicas y químicas del carbono dependen de la

estructura cristalina del elemento. Un gran número de metales se combinan con

el elemento a temperaturas elevadas para formar carburos. El carbono es un

elemento único en la química porque forma un número de compuestos mayor

que la suma total de todos los otros elementos combinados.

El grupo más grande de estos compuestos es el constituido por carbono

e hidrógeno. Se estima que se conoce un mínimo de 1.000.000 de compuestos

orgánicos y este número crece rápidamente cada año. Aunque la clasificación

no es rigurosa, el carbono forma otra serie de compuestos considerados como

inorgánicos, en un número mucho menor al de los orgánicos.

Configuración electrónica

El átomo de carbono constituye el elemento esencial de toda la química

orgánica, y debido a que las propiedades químicas de elementos y compuestos

son consecuencia de las características electrónicas de sus átomos y de sus

moléculas, es necesario considerar la configuración electrónica del átomo de

carbono para poder comprender su singular comportamiento químico.

Se trata del elemento de número atómico Z = 6. Por tal motivo su configuración

electrónica en el estado fundamental o no excitado es 1s2 2s2 2p2. La existencia

de cuatro electrones en la última capa sugiere la posibilidad bien de ganar otros

cuatro convirtiéndose en un ion.

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En realidad una pérdida o ganancia de un número tan elevado de electrones

indica una dosis de energía elevada, y el átomo de carbono opta por compartir

sus cuatro electrones externos con otros átomos mediante enlaces covalentes.

Esa cuádruple posibilidad de enlace que presenta el átomo de carbono se

denomina tetravalencia.

Deshidratación del azúcar con ácido sulfúrico

El carbono químicamente puro se prepara por descomposición térmica

del azúcar (sacarosa) en ausencia de aire. En el laboratorio se deshidrata el

azúcar adicionando ácido sulfúrico, el ácido reacciona con el agua del azúcar y

se provoca desprendimiento de gases nocivos gases (NOx y SOx). Se lleva a

cabo la preparación en una campana de extracción.

C12H 22O11(S)+18H 2SO4 (l)→C (S)+6CO2+29H 2O+12SO2 (g)+6 SO3(g )+Calor (1)

La reacción se puede representar por la ecuación anterior, la reacción en

si no es simple, por la serie de reacciones redox que tienen lugar. Una vez

iniciada la reacción, se produjo la carbonización del azúcar.

C12H 22O11(S)→12C (S )+11H 2O (2)

La aparición de carbón es evidente por el residuo de color negro y

aspecto esponjoso, fruto de la gran cantidad de calor y gases.

Extracción Soxhlet

A menudo se emplea la extracción solido-líquido para remover un

producto natural como pigmentos, colorantes y materiales grasos a partir de su

fuente. El principio de extracción consiste en la selección de un solvente capaz

de disolver un compuesto pero que deje los no deseados en la fuente de

naturaleza sólida.

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Fundamento de la extracción soxhlet

Un aparato de extracción continua solido-líquido llamado extractor

soxhlet se usa comúnmente en un laboratorio de investigación de productos

naturales.

El sólido se coloca en un dedal hecho de papel filtro, luego se inserta en

el centro de la cámara, se utilizó como solvente agua destilada, se coloca en un

balón de destilación de fondo redondo y se calienta hasta reflujo. Los vapores

suben por el lado izquierdo hacia el condensador, donde se condensan, el

líquido condensado cae dentro del dedal que contiene el sólido. El solvente

caliente empieza a llenar el dedal y extrae el compuesto deseado a partir del

material vegetal. Una vez el dedal se llena con el solvente, el brazo de la

derecha actúa como sifón, el solvente el cual contiene el compuesto deseado

disuelto, se regresa dentro del balón de destilación.

El ciclo de vaporización, condensación, extracción y evacuación se repite

varias veces y el producto deseado se concentra en el balón de destilación.

Aplicaciones Industriales al proceso de carbonización y extracción.

 Se utiliza a menudo en la química orgánica con referencia a la

generación de gas de carbón y alquitrán de hulla de carbón en bruto. Los

combustibles fósiles, en general, son los productos de la carbonización de la

materia vegetal. El término carbonización también se aplica a la pirólisis de

carbón para producir coque. 

La pectina es un producto tecnológicamente funcional de interés para la

industria de alimentos en el desarrollo de productos por sus propiedades

reológicas que son favorables para la elaboración de diferentes productos

aportando textura y consistencia.

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MARCO METODOLOGICO

a. Algoritmo Procedimental

Primera parte

1. Se midió 200 mL de agua destilada y se colocó en el balón de

destilación.

2. Se retiró la cascara de los cítricos y se cortó en partes pequeñas.

3. Se colocó la cascara en el dedal, luego se insertó en el extractor soxhlet.

4. Se realizó dos ciclos vaporización, condensación, extracción y

evacuación.

Segunda Parte

1. Se pesó en la balanza analítica 4 gramos de azúcar.

2. Luego se colocó en un beacker y se añadieron gotas de agua.

3. Se agregaron 0.5 mL de ácido sulfúrico concentrado al beacker.

4. Se pesó en la balanza analítica el carbón obtenido en la reducción de

azúcar en el ácido sulfúrico.

9

b. Diagrama de Flujo

10

INICIO

11

Se adiciono 2/3 de la capacidad de volumen del balón de destilación.

Se obtuvo cascaras del cítrico y se redujo a partes pequeñas.

Se colocó cascaras en el extractor soxhlet.

FIN

¿Se realizó dos veces el ciclo, vaporación,

condensación, extracción?

Si

No

O

Se armó equipo de extracción soxhletFig. 1

Manual Q.O.1

Se calentó el solvente contenido en el balón de destilación.

Realizar una vez más

Segunda Parte

12

Se añadieron gotas de agua para disolver el azúcar y se agito con

una varilla de vidrio

Se agregó ácido sulfúrico a la muestra

FIN

INICIO

RESULTADOS

Tabla 1.

Rendimiento de obtención de carbono

Tabla 2. Rendimiento de extracción de la pectina

13

Elaboración propia. Fuente: Datos calculados, tabla 3 y 4 , ecuación No 1

Elaboración propia. Fuente: Datos calculados, tabla 5, ecuación No 1

Se pesó 4 gramos de azúcar y se colocó en un crisol.

Se pesó el carbón obtenido

Se calentó el solvente contenido en el balón de destilación.

Grupo Rendimiento de extracción %(P/P)

3 66.094

4 38.9

Rendimiento de extracción %(P/P)

Grupo 1 75.21985913

Grupo 2 77.20969492

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INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

La carbonización de la muestra de azúcar debido a la deshidratación

causada por la adición de ácido sulfúrico, muestra diferencias en el rendimiento

obtenido por los grupos de trabajo, difiriendo en un 33%.

El motivo de estas discrepancias de rendimientos de obtención de

carbono, se debe a la pureza de las muestras usadas, por lo tanto se obtuvo

esta diferencia de rendimientos.

El rendimiento en la extracción de pectina de parte de los grupos, se

muestran rendimientos similares, se observó en el segundo ciclo un aumento

del punto de ebullición, del solvente con la pectina, luego de la segunda corrida,

esto se debe a las propiedades coligativas de la disolución

15

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CONCLUSIONES

1. Existe diferencias en el rendimiento de extracción de carbono, en un 30%

debido a la pureza de las muestras de azúcar.

2. Se observa aumento de propiedades coligativas, después del primer

ciclo de extracción, debido al soluto extraído de las cascaras de cítricos

contenido en el solvente.

3. Los rendimientos de extracción de pectina, para ambos grupos, son

similares.

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BIBLIOGRAFIA

1. BROWN Theodore, Química la ciencia central, décimo primera edición,

PEARSON EDUCATION, México 2009, ISBN 987-607-442-021-0

2. CAREY, Química Orgánica, sexta edición,

McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S. A. DE C. V. México

2009, 820 P ISBN: 978-970-10-7234-9.

3. MCCURRY, Química Orgánica McGRAW-HILL México 2010, 715p ISBN:

969426080-6.

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APENDICE

1. Datos Originales

19

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2. Muestra de Cálculo

1. Calculo del rendimiento

%Rendimiento=Muestra obtenidadespues de la extracciónMuestraal inicio

∗100

3. Datos Calculados

Tabla No. 3 Rendimiento de extracción del carbono Grupo 3

Peso beacker Peso azúcar Peso final deshidratadoCantidad

de carbono obtenido

Rendimiento de extracción de carbono

115.26 4.033 123.622 4.329 93.1623931655.72 4 63.017 3.297 82.425

48.401 4.005 53.315 0.909 22.69662921 Promedio 66.09467413

Tabla No. 4 Rendimiento de extracción carbono grupo No.4

Peso beacker Peso azucar + beacker

Peso final deshidratad0Cantidad

de carbono obtenido

Rendimiento de extracción de carbono

108.296 131.97 122.271 9.699 41.24136509108.296 123.74 111.462 12.278 32.57859586108.296 121.924 112.602 9.322 42.90924694

Promedio 38.90973596

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Tabla No. 5 Rendimiento de extracción de la pectina

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Peso inicial Peso Final Rendimiento de extracciónGrupo 1 10.9994 14.623 75.21985913Grupo 2 6.403 8.293 77.20969492