PRINCIPIOS TEÓRICOS:

En física y química se denomina cambio de estado a la evolución de la materia entre varios estados de agregación sin que ocurra un cambio en su composición. Los tres estados básicos son el sólido, el líquido y el gaseoso.

Los dos parámetros de los que depende que una sustancia o mezcla se encuentre en un estado o en otro son temperatura y presión. La temperatura es una medida de la energía cinética de las moléculas y átomos de un cuerpo. Un aumento de temperatura o una reducción de la presión favorecen a fusión, la evaporación y la sublimación, mientras que un descenso de temperatura o un aumento de presión favorecen los cambios opuestos.

PUNTO DE FUSIÓN

El punto de fusión es la temperatura a la cual la materia pasa de estado sólido a estado líquido, es decir, se funde. Al efecto de fundir un metal se le llama fusión (no podemos confundirlo con el punto de fusión). También se suele denominar fusión al efecto de licuar o derretir una sustancia sólida, congelada o pastosa, en líquida.

En la mayoría de las sustancias, el punto de fusión y de congelación, son iguales. Pero esto no siempre es así.

A diferencia del punto de ebullición, el punto de fusión es relativamente insensible a la presión y, por tanto, pueden ser utilizados para caracterizar compuestos orgánicos y para comprobar la pureza.

El punto de fusión de una sustancia pura es siempre más alto y tiene una gama más pequeña que el punto de fusión de una sustancia impura. Cuanto más impuro sea, más bajo es el punto de fusión y más amplia es la gama.

Los Químicos utilizan varios métodos para determinar los puntos fusión, pero los más comunes son los siguientes:

a) Método del tubo capilar o de fusión lenta

Una pequeña porción de la muestra problema pulverizada y seca se introduce en un tubo capilar de 6-7 cm de longitud y 1 mm de diámetro, cerrado por un extremo que se fija al bulbo del termómetro, el conjunto

se coloca en un depósito termométrico el cuál se calienta lentamente, hasta que funda el sólido.

b) Método por fusión instantánea; empleo de bloques

Un bloque de los más conocidos es el bloque de Maquenne, que está constituido por un paralelepípedo de latón, en cuyo interior hay unas resistencias eléctricas de calentamiento (se calienta también utilizando gas); un termómetro protegido se encuentra colocado deforma que el depósito esté en el centro del bloque. Se puede emplear calentamiento rápido o lento, siendo regulable este último.

Para efectuar una medida se colocan porciones pequeñas de la sustancia en el centro de la cara superior del bloque y se calienta hasta fusión. Se puede efectuar una primera determinación calentando rápidamente. Para una medida precisa el calentamiento se regula de forma que la elevación de la temperatura sea de unos 2 grados centígrados (ºC) por minuto.

DETERMINACION DEL PUNTO DE FUSIÓN EXPERIMENTAL

Para determinar el punto de fusión de un sólido se introduce una pequeña cantidad de muestra en un tubo capilar sellado en uno de sus extremos, se une el capilar al termómetro, se calienta el baño lentamente y se observa la temperatura a la que la fusión comienza y se completa. Debido a que para la fusión se necesita algún tiempo ya que la calefacción tiene que ser continua, cuando se utiliza este tipo de medida, incluso las sustancias puras pueden fundir en un pequeño intervalo. Sin embargo, como regla general se considera que una muestra pura ha fundido bien cuando el intervalo observado sea de 0.5 – 1.0 ºC.

La muestra sólida deberá estar seca y finamente dividida, para lo cual se utiliza un mortero, para asegurar una determinación exacta solamente se debe colocar 1.0 cm de muestra en el tubo capilar. Para colocar la muestra en el tubo capilar se invierte y se toma una pequeña cantidad de sólido por el extremo abierto presionando sobre éste entonces se le da la vuelta y se baja el sólido al fondo del tubo capilar. Un suave frotamiento sobre una lima o golpeando suavemente sobre la mesa permitirá depositar la muestra en el fondo del tubo capilar.

La velocidad de calentamiento debe ser tal que produzca una elevación en la temperatura de 1 a 2 ºC por minuto. Deberá observarse la temperatura a la cual el compuesto empieza a fundir y aquella a la cual se licua. Estos valores se anotan como el intervalo del punto de fusión. También deberá observarse la temperatura registrada por el termómetro auxiliar (t2), el bulbo de este termómetro deberá colocarse a media distancia entre la superficie del aceite y la parte de la columna de mercurio en t1, la corrección se calcula por medio de la fórmula:

Corrección = + N (t1-t2)* 0.000154

Donde N = grados de la columna de mercurio arriba del nivel del baño de aceite; t1= punto de fusión observado; t2 = temperatura promedio de la columna de mercurio. Esta corrección se adiciona al punto de fusión observado .

Los líquidos utilizados para los baños tienen que ser estables y de punto de ebullición alto. Los más utilizados son glicerina, aceite parafina, aceite de semilla de algodón, o aceite de soya.

A continuación se muestran diferentes tipos de baños para determinar puntos de

Fusión:

a) vaso de precipitación, b) matraz kjeldahl, c) baño doble, d) aparato de Thiele

DETERMINACION DEL PUNTO DE FUSIÓN MIXTO

Siempre se debe observar y anotar el intervalo del punto de fusión, desde la temperatura del primer reblandecimiento a la licuefacción completa. En la identificación de un compuesto desconocido es sumamente útil recurrir a la determinación de un punto de fusión mixto (mezcla).

Si se sospecha de una sustancia desconocida x con una pequeña cantidad de y, se determina el punto de fusión de x con una pequeña cantidad de y. Si x e y son idénticos, la mezcla fundirá instantáneamente a la misma temperatura que la sustancia x pura. Si son diferentes, generalmente, la mezcla fundirá en un amplio intervalo y por debajo del punto de fusión de x.36

De vez en cuando se encuentran sólidos cuya tensión de vapor alcanza el valor de 760 MM DE Hg antes de llegar a su punto de fusión, es decir, por debajo de la temperatura en que la tensión de vapor de la sustancia solida es igual a la de su modificación liquida.

Cuando un sólido de este tipo se calienta a la presión de 1atmosfera, tan pronto como se alcanza la tensión de vapor de 760 mm, el sólido pasa directamente a la fase gaseosa a temperatura constante. Ahora bien, si esos vapores se enfrían pasan directamente a la fase solida. Este proceso recibe el nombre de sublimación. Constituye un método muy usado y de creciente importancia para la purificación de compuestos orgánicos.

FUENTES QUE PUEDEN PRODUCIR ERROR

Al determinar el punto de fusión de una sustancia existen ciertos factores que inciden en la exactitud de la medida, entre ellos tenemos:

Errores personales: especialmente los relacionados con la calibración del termómetro y la lectura del mismo (al leer el valor dado por el termómetro, la línea visual debe estar en el mismo plano horizontal de la columna de mercurio.

En cuanto al primer aspecto, es necesario tomar como referencia un mayor número de sustancias a las empleadas, para que la curva de calibración sea más exacta y los datos obtenidos más confiables.

La posible presencia de impurezas, produce una variación en el punto de fusión.

Puntos de ebullición

El punto de ebullición de un compuesto es la temperatura a la cual el compuesto líquido se convierte en gas. Para que un compuesto se vaporice, las fuerzas que mantienen las moléculas unidas unas a otras deben romperse. Esto significa que el punto de ebullición de un compuesto depende de la tracción entre las moléculas, de manera que si las moléculas se mantienen unidas por fuertes fuerzas, se necesitará mucha energía para apartar las moléculas unas de otras y el compuesto tendrá el punto de ebullición muy alto. Por otra parte, si las fuerzas intermoleculares son débiles, una cantidad de energía relativamente baja será necesaria para separa las moléculas unas de otras, y el compuesto tendrá el punto de ebullición bajo.

Los alcanos tienen punto de ebullición relativamente bajo porque como se trata de moléculas polares las fuerzas intermoleculares que actúan son las de dispersión de London entre dipolos inducidos que son las más débiles. Además estas fuerzas son mayores cuanto mayor es el área de contacto entre moléculas, por eso para moléculas lineares al aumentar el numero de C (aumenta el peso molecular) el punto deebullición también aumenta, sin

embargo para un mismo número de C la molécula ramificada presenta un punto de ebullición menor que la lineal. En el caso de alcoholes, éteres... (moléculas con heteroátomos) con cierto carácter polar, las fuerzas que intervienen son las dipolo-dipolo, más fuertes que las de London. Por tanto, sus puntos de ebullición serán mayores que los de los alcanos.

En el caso de alcoholes y las aminas, además de estas fuerzas entre dipolos intervienen las fuerzas por puente de hidrógeno. Aunque cada puente de hidrógeno sólo supone 5 KJ/mol hay que pensar que hay al menos un puente de H por cada molécula. Como el O es más electronegativo que el N el punto de ebullición de los alcoholes será mayor que el de las aminas.

BIBLIOGRAFIA:

CAREY, Francis. Química Orgánica. Sexta edición. Editorial Mc Graw Hill. México;1999.

BRICEÑO, Carlos . Química General. Editorial Panamericana;1994. Brewster R.Q.et al.Curso de Química Orgánica Experimental.Editorial

Alhambra. Madrid; 1974. Shriner, R. L., Fuson, R. C., Curtin, D.Y. Identificación Sistemática de

Compuestos Orgánicos. Editorial Limusa. México; 1995.