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Laboratorio de Química Orgánica I

Supervisor – Juan Manuel Urbina G.

PRÁCTICA No. 4 – “DETERMINACIÒN DEL PUNTO DE FUSIÒN”

Fecha de realización: 11/Julio/2014 Fecha de entrega: 18/Julio/2014

Angie Paola Tamayo Carreño Código: 2101772

Yesica Bautista Correa Código: 2100973

RESUMEN

Existen diferentes propiedades físicas características de cada uno de los compuestos orgánicos que permiten

obtener información sobre la estructura molecular de alguna sustancia en estudio, como por ejemplo, el punto de

fusión que permite realizar algunas deducciones acerca de la geometría de la molécula, en particular de su

simetría e igualmente de las fuerzas de atracción existentes entre los átomos, los iones o las moléculas; en

general entre menores fuerzas de atracción existan entre dichas partículas menor punto de fusión tendrá la

sustancia, entre otras características y claves que permiten elucidar moléculas orgánicas apoyándose en

documentación instrumental.

PALABRAS CLAVE:

Propiedades intensivas, fuerzas intermoleculares, Regla de Carnelley, Ley de Rault.

INTRODUCCIÓN

Las pruebas de caracterización se pueden extender también a propiedades físicas directamente relacionadas con

la disposición de los átomos iones o moléculas y las fuerzas de atracción entre ellas, la fusión por ejemplo es la

transición de una fase solida a una fase liquida a presión constante y temperatura variable; en este proceso no

ocurren reacciones químicas, sino un reordenamiento de las partículas en la molécula de manera que es muy

importante la forma geométrica de la especie química, por ejemplo, si se tienen dos compuestos con igual masa

aquel que tendrá mayor en punto de fusión será aquel que sea más compacto y simétrico. De esta manera la

determinación del punto de fusión permite conocer características particulares de la geometría de la sustancia en

estudio, en este informe de laboratorio se realizara un análisis de la determinación del punto de fusión para dos

sustancias conocidas y una muestra problema aplicando los conceptos anteriores.

MARCO TEÓRICO [1]

En general existen un método común utilizado por los químicos para determinar el punto de fusión de una

sustancia, este es el método del capilar el cual consiste en un capilar para contener la muestra, un medio donde

calentarla que puede ser un tubo Thiele o un vaso de precipitados con agua o aceite mineral transparente y

estable, de alto punto de ebullición (250 ºC), un termómetro para medir la temperatura y el dispositivo para

calentar el baño que puede ser una placa de calentamiento o un mechero Bunsen; sin embargo hoy en día existen

diferentes métodos que emplean la electricidad como fuente de calor uno de estos casos es la placa de Fisher-

Johns, donde la muestra se coloca entre dos cubre objetos y éstos a su vez sobre el bloque que se calienta

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gradualmente controlado por un transformador variable. La fuente de luz y la lupa facilitan la lectura del

termómetro.

Se debe ser precavido cuando se toma la medida del punto de fusión a ciertas sustancias que tienen la

característica de fundirse y descomponerse al mismo tiempo, esto ocurre cuando es una sustancia poco estable

que reacciona químicamente con el calor o la energía suministrada durante la práctica, en este caso para obviar

esta dificultad se puede calentar el baño 10°C por debajo del punto de fusión y en ese momento introducir el

termómetro con el capilar que tiene la muestra y seguir calentando cuidadosamente; se debe reportar la

temperatura y también se debe especificar que se presentó descomposición.

El empleo del termómetro durante la práctica hace necesario hablar de la “Curva de calibración” del mismo. Los

termómetros que normalmente se utilizan son de inmersión parcial. Dependiendo de los tubos capilares

seleccionados y para descartar efectos ocasionados por una posible no uniformidad de la columna de mercurio,

los daños que haya sufrido debido a calentamientos y enfriamientos bruscos, es útil hacer una calibración del

termómetro con sustancias patrones, escogiendo sustancias cuyos puntos de fusión cubran los rangos de

temperatura de trabajo a intervalos de 30 grados. Para los cero grados, se introduce el termómetro en hielo

picado con un poquito de agua. Opcionalmente, antes de calibrarse con las sustancias patrones a la temperatura

máxima del termómetro debe calentarse por 6-8 horas en una estufa y luego dejarse en reposo por dos o tres días

antes de calibrar con los patrones.

1. ¿Qué condiciones experimentales deben asegurarse en la determinación del punto de fusión por el

método del tubo de Thiele?

Se debe considerar una temperatura constante que permita el calentamiento uniforme del tubo de Thiele, es

necesario colocar la muestra en un tubo de fusión que esté unido de alguna manera al termómetro de una

forma estable y fija, además el tubo de Thiele debe tener un volumen de aceite medio, es decir, que no

sobrepase y tampoco que escasee, de esa manera se permite que cuando el aceite alcance su temperatura de

ebullición pueda circular por el tubo sin sufrir ningún tipo de derrames [2].

2. ¿Por qué es necesario registrar las temperaturas inicial y final en determinación de un punto de

fusión?

Es un muy difícil medir la temperatura exacta a la cual una sustancia se funde, pero si se puede observar con

claridad, si la temperatura lo permite, el punto en el cual inicia el proceso de fundición y el punto en el cual

este culmina con la conversión total de sólido a líquido, sin embargo el punto exacto se toma como el

promedio entre los dos datos medidos, por ello se hace necesaria la toma del dato tanto inicial como final en

la determinación del punto de fusión [3].

3. ¿Por qué debe controlarse la velocidad de calentamiento en la determinación del punto de fusión?

Cuando se acerca la temperatura al punto de fusión la muestra comienza su proceso de conversión de sólido

a líquido, el control de la temperatura se hace necesario, para que sea posible que el observador note tanto el

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primer cambio como la conversión total, si esto no se logra el reporte de los datos será incompleto o

incorrecto y generaría un porcentaje de error muy alto [4].

4. ¿Con qué propósito se realiza la curva de calibración del termómetro?

Una curva de calibración se realiza para que sea posible realizar una comparación entre datos reales y datos

experimentales, la curva permite tener certeza absoluta de que los datos medidos están dentro de un rango

aceptable y además para poder calcular un porcentaje de error en cada una de las mediciones [5].

5. La gráfica de calibración de otros termómetros ¿Puede utilizarse para trabajar con otros

termómetros?

No, cada termómetro posee una historia de trabajo y manipulación totalmente diferente e igualmente unas

condiciones de almacenamiento distintas. El uso o la vejez de las herramientas de laboratorio conllevan

siempre a un porcentaje de error que puede ser medido y corregido pero es típico del material particular que

se use, la curva de calibración para cada termómetro será distinta y por lo tanto el porcentaje de error y la

medición que se realiza también lo será es por ello que la curva de calibración es única para cada termómetro

[6].

6. De una explicación basada en la estructura molecular que justifique las diferencias en los puntos

de fusión.

1) C8H18

CH3 CH3CH3 CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

n-octano 2

-metil

-heptano

2,2-dimeti lhexano

-56,8°C -109°C-121°C

El n-octano es la cadena menos sustituida de los tres compuestos, una cadena lineal con alta simetría,

posee un área superficial considerable que permite la cohesión con otras moléculas, por esto su punto de

fusión es mayor que el de 2-metilheptano y 2,2- dimetilhexano; por su parte tanto el 2- metilheptano

como el 2,2-dimetilhexano poseen ramificaciones que cambian el área superficial en este caso el 2,2-

dimetilhexano posee menor área superficial y por lo tanto posee menor punto de ebullición que el 2-

metilheptano.

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2) C4H8

CH3

CH3

CH3 CH3

trans -2 - butano cis -2 -butano

-106°C-139°C

La configuración trans- permite a las moléculas una mayor estabilidad debido a las pocas repulsiones

que se generan entre sus sustituyentes, y por lo tanto también causan un aumento en su temperatura de

fusión debido a que se requiere mayor energía para pasar de estado sólido a estado líquido.

3) C4H10

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

n -butano Metilpropano

-135°C -145°C

El n-butano tiene mayor área superficial y por lo tanto mayor área de contacto para con otras

moléculas, por otro lado este es más estable y por lo tanto requerirá una mayor energía para pasar de

estado sólido a líquido por lo tanto este tiene un punto de fusión mayor al metilpropano cuya área de

contacto es muy pequeña por la geometría y la ramificación de la molécula.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL [1]

La determinación del punto de fusión se realizó para dos muestras conocidas y una muestra desconocida, la

estructura de las muestras conocidas se presenta a continuación:

NH

O

CH3

O

ACETANILIDA BENZOFENONA

Figura 1. Estructuras de las sustancias utilizadas durante la práctica.

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Cada una de las muestras se pulverizó de manera que el polvo quedase muy fino, se realizó el montaje para el

calentamiento de la muestra con aceite mineral, se tomó en el capilar una medida de muestra de más o menos 0,5

mm; el tubo capilar se acoplo al termómetro de manera que al introducirlo en el aceite el bulbo del termómetro y

la zona del tubo capilar en la cual reposaba la muestra quedaran sumergidos completamente, finalmente se

procedió a calentar por medio de las planchas de calentamiento, se registró tanto el dato de inicio de la fusión de

la muestra tanto el dato de fusión completa de la misma; este proceso se repitió tres veces para cada sustancia,

además por ejemplo en el caso de la Acetanilida y la muestra problema que presentaron cristalización después de

la determinación del punto de fusión, se repitió el proceso pero al mismo tubo capilar.

RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

En la siguiente tabla se presentan los resultados obtenidos durante la práctica de determinación del punto de

fusión.

Tabla 1.Puntos de fusión de las muestras analizadas.

MUESTRA PUNTO DE FUSIÓN (capilar) PUNTO DE

FUSIÓN

TOMA 1 TOMA 2 TOMA 3 PROMEDIO FUSIÓMETRO

BENZOFENONA 46°-48°C 46°-48°C 48°C-50°C 47,7°C 49°C

ACETANILIDA 112°-114°C 114°-116°C 114-116°C 114,3°C 115,5°C

MUESTRA

PROBLEMA 1 94°-96°C 94-96°C 92-94°C 94,3°C 96,9°C

ANÁLISIS DE LA PRUEBA:

La Benzofenona tiene un punto de fusión experimental que corresponde a 48,5°c; la prueba realizada

con el termómetro arrojo un punto de fusión promedio de 47,7°c de lo cual se obtiene un porcentaje de

error dado por:

% Error=

%Error =

= 1,64%

El punto de fusión obtenido con el fusiómetro fue de 49°c, el porcentaje de error equivaldría a

%Error:

= 1,03%

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La Benzofenona según la literatura tiene un punto de solidificación de 44°C sin embargo durante la práctica de

laboratorio se observó que la benzofenona en ningún momento se re cristalizó como era de esperarse, es decir

sus átomos no se reorganizaron en una red cristalina sólida, esto nos permite darnos cuenta que la benzofenona

utilizada durante la práctica tenía presencia de algún agente contaminante que pudo disolverla, impidiendo que

se cristalizara nuevamente [7].

La Acetanilida tiene un punto de fusión experimental correspondiente a 115°c, la prueba realizada con el

termómetro arrojo un punto de fusión promedio de 115,5°c, el porcentaje de error de este cálculo es:

% Error =

=0,43%

El punto de fusión obtenido con el fusiómetro fue de 114,3°c, el porcentaje de error equivale a:

% Error:

=0,60%

La Acetanilida después del proceso de determinación de punto de fusión se cristalizó y se realizó la toma del

punto de fusión una vez más con este mismo capilar, de ello se obtuvo que se cristalizaba a 94°C; la misma

temperatura se obtuvo para los 3 capilares, esta temperatura no se aleja del punto de fusión obtenido y por lo

tanto la acetanilida manejada en el laboratorio se encontraba pura.

MUESTRA PROBLEMA [8]:

Es una sustancia sólida de tono rosa pálido, su punto de fusión determinado con el termómetro fue de 94,3°c y el

punto de fusión determinado por el fusiómetro fue de: 96,9°c, es un punto de fusión mayor al benzaldehído lo

que quiere que decir que es una sustancia con mayor simetría y con mayor área de contacto que dicha molécula

pero también dio debajo del punto de fusión de la acetanilida, por lo tanto es posible que sea una sustancia

aromática, con pocos sustituyentes que aporten simetría a la estructura.

Teniendo en cuenta estos datos se pueden tener en cuenta las siguientes moléculas postuladas como muestra

problema

OH

1) Naftaleno. (80°c) 2) 1-naftol. (95-96°C)

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Son estructuras simétricas y aromáticas, sin embargo la literatura reporta datos de fusión para el naftaleno de

80°c que está por debajo del punto fusión encontrado experimentalmente, se postuló primeramente por la

geometría de la molécula sin embargo se descarta por que no cumple con el valor obtenido durante la práctica.

Por otro lado el 1.Naftol según la literatura posee un punto de fusión que inicia en 95°c y termina en 96°c en

nuestro caso el punto de fusión inició aproximadamente en 92°c y finalizó en 94°c, sin embargo se deben tener

en cuenta las variaciones de la medida debido a la humedad en el ambiente y la calibración del termómetro por

lo que se concluye que el punto de fusión obtenido no está lejos del punto reportado en la literatura y además la

descripción física del 1-naftol (nombrada arriba) concuerda con la apariencia de la sustancia que se tenía en el

laboratorio, por lo tanto la muestra problema se determina como 1-naftol.

CONCLUSIONES:

El punto de fusión de una sustancia orgánica se determina observando el punto inicial en el cual inicia el

cambio de fase de la sustancia y el punto en el cual toda la sustancia se convierte en una sustancia

líquida, durante este proceso las moléculas debido a la energía cinética que alcanzan por el aporte del

aumento de temperatura del montaje disminuyen sus fuerzas de atracción a tal punto su estructura

cristalina desaparece y los átomos, los iones o las partículas se re organizan dando lugar a la fase líquida

de la sustancia que posee menores fuerzas de atracción, y menor organización estructural entre las

mismas.

El proceso de la liberación del calor aportado a las sustancias orgánicas hasta su re cristalización, a las

cuales se les determina el punto de fusión se le llama punto de solidificación que es el punto en el cual la

sustancia vuelve a pasar a fase sólida, el valor es el mismo del punto de fusión sin embargo pueden

diferir ligeramente y esta diferencia se atribuye a la dependencia del punto de fusión a la presión externa

al sistema debido al cambio de fase y también se le atribuye a las contaminaciones que pueda tener la

muestra. Lo que indica que tanto el punto de fusión como el punto de solidificación posean el mismo

valor es que se está trabajando con una sustancia pura. De esta manera se puede concluir que tanto la

Acetanilida como la muestra problema eran sustancias puras, ya que su punto de fusión y su punto de

solidificación fueron prácticamente los mismos.

BIBLIOGRAFÍA

[1] LOZANO, L; ROMERO, A; URBINA, J. Manual prácticas del laboratorio I de química orgánica. Editorial

UIS. Colombia. 2013. Pág.20 - 28.

[2] DURST, H.D; GOKEL, G. W. Química orgánica experimental. Editorial Reverté. España. 2007. Pág.18.

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[3] SHRINER, R; HERMANN, C; MORRIL, T; FUSON, R; CURTIN, D. The systematic identification of

organic compounds. John wiley & sons, Inc. USA, 2004. Pág. 90 - 92.

[4] LAMARQUE, A; MAESTRI, D; ZYGADLO, J; LABUCKAS, D; LOPEZ, L; TORRES, M. Fundamentos

teórico-prácticos de química orgánica. Editorial Brujas. Argentina. 2008. Pág. 19 – 25.

[5] GUARNIZO, A; MARTINEZ, P. N. Experimentos de química orgánica. Editorial Elizcom. Colombia. 2003.

Pág. 51 – 54.

[6] MORRISON. T; BOYD, R. N. Química orgánica, Editorial Addison wesley. México. 1998. Pág. 123 – 126.

[7] FIESER, F.L. Experimentos de química orgánica. Editorial Reverté. España. 2004. Pág. 213 – 214

[8] HELBING, W; BURKART, A. Tablas químicas para laboratorio e industria. Editorial Reverté. España.

1998. Pág. 96 – 99.