Fusion Con Sodio (1)

7/23/2019 Fusion Con Sodio (1)

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Determinación cualitativa de azufre, nitrógeno y halógeno mediante fusión con sodio.Sebastián Tovar Molina (1!"11"#, Diego $le%ander Solarte &enavides (1!'!#sebastian.tovar)correounivalle.edu.co, diego.solarte)correounivalle.edu.co

De*artamento de +umica, -acultad de iencias /aturales y 0%actas, niversidad del 2alle.

-echa de 3ealización4 " de Se*tiembre de 516.-echa de 0ntrega4 5 de 7ctubre de 516.

Resumen

8ara determinar la *resencia de S, / y 9 en 5.5! g de una muestra orgánica corres*ondiente a 6:cloroanilina seutilizó la t;cnica de fusión con sodio, la cual *ermite convertir dichos elementos en iones acuosos. 8ara ladeterminación de S, se agregó gotas de ácido ac;tico y acetato de *lomo al "< obteniendo como resultado unasolución anaran=ada, la cual indicó >ue no hay *resencia de azufre en la muestra. 8ara la determinación de /,se agregó 5,1 g de la sal de Mohr, se calentó y se a?adió gotas de ácido sulf@rico al "< *ara obtener unasolución de color azul brillante indicando la *resencia de nitrógeno. 8ara la determinación de 9, se adicionógotas de ácido ntrico diluido al "<, se calentó y se a?adió gotas de nitrato de *lata al "< *ara obtener un*reci*itado blanco en gran cantidad indicando la *resencia de cloro en forma de cloruro de *lata. Aa *resenciade halogenuros (9# se confirmó *or medio de la *rueba de -.- &eilstein, al calentar el alambre de cobre con lamuestra observando una fuerte coloración verde en la llama del encendedor.

Palabras clave: -usión con sodio, sales inorgánicas, formación de com*le=o y *reci*itado, análisis orgánico

cualitativo.

1. Objetivos

GeneralBdentificar la *resencia de nitrógeno, azufre yhalógenos *resentes en una muestradesconocida mediante el *roceso de fusión consodio.

Específicos $nalizar cualitativamente cada reacción delsodio con la muestra orgánica *roblema *araconfirmar la *resencia de S, / y 9 en ;sta.

Bdentificar las *osibles interferenciasinvolucradas al momento de realizar un análisiselemental cualitativo a una muestra orgánica.

om*robar >ue los cambios de color, formaciónde *reci*itados, etc., determinan la efectividadde las reacciones de caracterización de loselementos más comunes en la >umicaorgánica.

2. Introducción

Aa *rueba de fusión de sodio se utiliza en elanálisis elemental *ara la determinacióncualitativa de la *resencia de halógenos(94 l,&r, B#, nitrógeno (/# y azufre (S#, en unamuestra. -ue desarrollado *or C.A. Aassaigne,*ara lo cual es necesario someter la sustancia

1



orgánica a una vigorosa reacción >ue *ermitarom*er los enlaces covalentes *or tanto de=ar en libertad a los elementos >ue se deseaestudiar. Aa fusión con sodio *ermitetransformar los elementos al estado iónico 1E.0n la reacción se escriben los iones comosales sódicas inorgánicas4

M.74 Muestra 7rgánica. M . O+ Na ∆

→

NaX (ac)+ Na2

S(ac)+ NaCN (ac)+ NaCNS(

Esquema 1. Determinación de las sales sódicasinorgánicas mediante fusión con sodio E.

Aas sales a>u formadas se encuentran enforma acuosa y de as*ecto incoloro *or lo tantosu identificación se realiza *or formación de*reci*itados coloreados seg@n el reactivoagregado.Aa *resencia del ion sulfuro se demuestra *or

la *reci*itación de sulfuro de *lomo (negro ocaf; fuerte#, del ion /: *or la formación delferrocianuro f;rrico (azul de 8rusia# y la*resencia de halógenos se determina *or la*roducción de haluros de *lata insoluble 1E.

3. etodolo!ía e"perimental

-usión del sodio4 Se realizó el monta=eubicando el tubo de ensayo en una *inza >ueestaba en un so*orte universal, como semuestra en la figura 1. Se conectó el mechero y

se *rendió, de=ándolo listo *ara la *osterior fundición, se colocaron trozos *e>ue?os desodio metálico en el tubo de ensayo y este secalentó con el mechero, tras la a*arición de la*rimera gota de sodio fundido se agregó en eltubo de ensayo cierta cantidad de muestradesconocida, *reviamente *esados en unagramera, y se calentó fuertemente el tubodurante 15 minutos a*ro%imadamente. Se retiróde la llama la solución y se de=ó enfriar atem*eratura ambiente, *osteriormente seagregó etanol lentamente y con una varilla se

des*rendió la mayor cantidad *osible delsólido, inmediatamente se agregó 15.5 mA deagua destilada al tubo y se trasvaso esasolución a un erlenmeyer realizando lavadoscon 15.5 mA de agua destilada. Se calentó lasolución durante " minutos en una *lancha decalentamiento y se filtró a gravedad en caliente*ara obtener un filtrado incoloro y de *Fa*ro%imadamente igual a 1! medido medianteel *a*el tornasol.

#i!ura 1. alentamiento del tubo de ensayo *ara lafusión con sodio E.

Determinación de azufre4 se tomó 1.5 mA de lasolución sódica, a este se agregó 6 gotas deácido ac;tico y gotas de acetato de *lomo al"<, y no se evidenció ning@n cambio, lasolución se torno anaran=ada sin alteración,afirmando as >ue la muestra *roblema nocontena azufre.Determinación de nitrógeno4 Se tomó !.5 mA dela solución sódica *ara de*ositarla en unerlenmeyer de "5.5 mA y con el *a*el tornasolse midió el *F el cual fue de color violetaafirmando >ue la solución era básica. Seagregó cierta cantidad de la sal de Mohr,*osteriormente se hirvió durante 1 minuto, ycon la ayuda de un gotero se agregó " gotasácido sulf@rico al "< *ara >ue la solución setornará de un color azul brillante, de estamanera se confirmo la *resencia de nitrógeno(/#. $demás, al realizar la *rueba &eilstein, secalentó un alambre de cobre con la muestra, lallama tomó una coloración verde brillantedebido a >ue hay nitrógeno *resente.Determinación de halógeno4 se tomó unaalcuota de .5 mA y se de*ositó en unerlenmeyer, se adicionó G gotas de acido ntricoal "< con el fin de >ue la solución fuera ácida,se calentó la solución en una *lancha y seredu=o el volumen hasta la mitad,*osteriormente des*u;s del calentamiento sede=ó enfriar y seguidamente con un gotero seadicionó 6 gotas de $g/7! al "< *araevidenciar la *resencia de un *reci*itadoblanco lo cual indicó >ue en la muestra habaun halógeno.8rueba de -.- &eilstein4 esta *rueba se realizócon un alambre de cobre, y se tomó una*e>ue?a cantidad de muestra la cual se *usoen la llama de un encendedor y se observó unacoloración verde brillante en la llama del

2



encendedor indicando la *resencia de unhalógeno.

$. %atos & '(lculos

8ara identificar los elementos, azufre (S#,nitrógeno (/# o halógenos (94 l, &r, B# >ueconstituan la sustancia orgánica a estudiar, serealizó el mane=o de la fusión con sodio.Bnicialmente se cortó *edazos de sodiometálico *ara el cual se calentó =unto con lamuestra desconocidaH se agregó etanol y agua*ara disolver y finalmente se filtró en caliente.0l filtrado obtenido fue incoloro y fuertementealcalino. Aos resultados se muestran acontinuación.

)abla 1. Masa y nombre de la muestra utilizada *arala determinación de S, / y 9.

Dato 3esultado

/ombre de lamuestra

6:cloroanilina

asa de la

muestra *+,.,1 !-

5.5!

7bservaciones Sólido blanco en *olvo2olumen de etanol

(I5.55J mA#1.55

2olumen de agua(I1.5 mA#

5.5

8osteriormente se realizó la determinación deazufre mediante 1.55 mA de la solución sódicaobtenida. Se agregó ácido ac;tico y gotas deacetato de *lomo al "<.

Des*u;s se determinó el nitrógeno con !.55mA de la solución sódica *ara luego haber agregado una *e>ue?a cantidad de sulfatoferroso de amonio y tras haber calentadodurante un minuto. 8osteriormente se agregó

ácido sulf@rico al "< *ara disolver loshidró%idos de hierro.

Seguidamente con .55 mA de la soluciónsódica se determinó el halógeno *resente. Seadicionó gotas de ácido ntrico al "< y secalentó la solución hasta reducir a la mitad delvolumen *resente. Se enfrió la solución y sea?adió gotas de nitrato de *lata al "<.

-inalmente se realizó la *rueba de -.-&eilstein, en esta *rueba se tomó una *e>ue?acantidad de la muestra *ara ser de*ositada enun alambre de cobre el cual se *uso en la llamade un encendedor. Aos resultados yobservaciones obtenidas se *resentan en latabla .

)abla 2. 7bservaciones en la determinación de S, /y 9 usando fusión con sodio.

Determinación de

com*uesto

7bservaciones

#usión con

odio

3eacción muy violenta,des*rendimiento de gases.8resencia de dos ca*as4 una enla *arte inferior de color blanco(humo# y otra en la *artesu*erior de color negro.

/0ufre 8rueba negativa. $l agregar 6gotas de ácido ac;tico y gotasde acetato de *lomo al "< lasolución se tornó de unacoloración anaran=ada indicando>ue no hay *resencia de azufre.

3



itró!eno

8rueba *ositiva. $l agregar 5,1g de la sal de Mohr, calentar *or un minuto y finalmente ala?adir " gotas de ácido sulf@ricoal "<, la solución se tornó deun color azul brillante indicandola *resencia de nitrógeno.

aló!eno

*cloro-

8rueba *ositiva. $l adicionar Ggotas de ácido ntrico diluido al"<, calentar y a?adir 6 gotas denitrato de *lata al "< se formóun *reci*itado blanco en grancantidad indicando la *resenciade cloro.8rueba de -.- &eilstein *ositiva. $l calentar el alambre de cobrela llama del encendedor tomóuna coloración verde brillantedebido a >ue hay un halógeno*resente.

. Resultados & discusión

Aos elementos >ue suelen e%istir corrientemente en los com*uestos orgánicos,además del carbono, hidrógeno y o%igeno sonel nitrógeno, azufre y los halógenos.Aa investigación cualitativa de la *resencia de;stos es de gran im*ortancia *ara laidentificación de una muestra desconocida y es

básica *ara los *osteriores ensayos decaracterizaciónH en algunos casos *ro*orcionauna *rimera idea sobre la clasificación *or solubilidad y además, los *osibles gru*osfuncionales >ue e%isten en el com*uesto 1E.8ara llegar a la identificación cualitativa delcom*uesto desconocido se utilizó la t;cnica defusión con sodio. Bnicialmente se adicionó unamuestra orgánica en sodio metálico fundido enun tubo de ensayo resistente al calor, en este*roceso se forman com*uestos iónicos con el

sodio, como se observa en el es>uema 1.omo el halógeno, el nitrógeno y el azufre,están enlazados covalentemente, debenconvertirse en iones inorgánicos >ue *uedanser detectados *or los diferentes m;todos ya>ue en combinación con el com*uesto orgánicoson muy *oco reactivos, mientras >ue con elsodio se obtiene formación de *reci*itados yKo

cambios de color. 0sto se debe a >ue el sodiocomo metal alcalino es muy reactivo ya >uetiene una ba=a energa de ionización, es decir,una gran tendencia a *erder su @nico electrónde valencia y ad>uirir una mayor estabilidad alobtener la configuración de un gas noble,

claramente esta conversión se logró *or mediode la fusión con sodio.Des*u;s de haber realizado la fusión del sodioy al haber adicionado la muestra desconocida,>uedó cierta cantidad de sodio en e%ceso, ydebido a su alta reactividad con el agua fuenecesaria la adición de etanol *ara desactivarloy *ara consumir el sodio metálico >ue noreaccionó con la muestra. 0l etanol forma conel sodio el etó%ido de sodio >ue reacciona conmenos liberación de energa, mediante la

siguiente reacción.+¿+ H

2 (g)

−¿ Na¿

2C H 3

C H 2

OH +2 Na→2C H 3

C H 2

O¿

Esquema 2. 3eacción de etanol y sodio.

8osteriormente se adiciona agua destilada *ara*oder disolver los com*uestos iónicosresultantes de la fusión y *roceder con losanálisis cualitativos *ara los elementos.

Des*u;s se de=ó hervir las solución resultantedurante " minutos con el fin de >ue loselementos como el / y el S *resentes en lamuestra de forma /: y S: *asaran a susácidos FS y F/, estos dos ácidos sonvolátiles y al colocar la solución ba=ocalentamiento los ácidos son eliminados, deesta manera se garantiza una solución básica ycasi incolora. 0sta basicidad >ue se logra esdebido a la formación de hidró%ido de sodio al

realizar la eva*orización de estas sustancias locual es *osible observar en las siguientesreacciones.

NaCN (ac)+ H 2

O→ NaOH (ac)+ HCN (g)↑

Na2

SN (ac)+ H 2

O→NaOH (ac)+ H 2

S(g)↑

Esquema 3. 0liminación de ácidos inorgánicos.

4



8ara la determinación de azufre se utilizó unaalcuota de 1.5 mA de la solución sódica. $ estaalcuota se adicionó unas gotas de ácidoac;tico *ara acidificar suavemente y*osteriormente se le adicionó acetato de *lomo

(F!77#8b al "< *ara >ue se formará un*reci*itado como sulfuro de *lomo (8bS#, elcual es negro o carmelita.

+¿+ PbS(s)

−¿ Na¿

(C H 3

COO)2 Pb+ Na

2S →2C H

3CO O

¿

Esquema $. 3eacción de acetato de *lomo ysulfuro de sodio.

$l adicionar el acetato de *lomo se es*eraraobtener el sulfuro de *lomo como *reci*itado,un sólido >ue no es soluble en agua *ues tieneun L*s de 1.!%15:' "E, esta reacción solosucede al estar *resente el sulfuro de sodio enla muestra con lo >ue se *uede afirmar >ue enla muestra no haba *resencia de azufre *uesto>ue no se obtuvo ning@n *reci*itado.Se le adicionó ácido ac;tico inicialmente, *araeliminar los iones 7F: *resentes en la soluciónacuosa y *ro*iciar un medio ácido en el cual el

*reci*itado de sulfuro de *lomo (8bS# esinsoluble y >ue s hubiera estado *resente elazufre se habra formado al a?adirle acetato de*lomo como se muestra en el es>uema 6. "E

8ara la determinación de nitrógeno se tomóuna alcuota de !.5 mA de la solución sódica yse agregó cierta cantidad de sal de Mohr, estaes la fuente de hierro, necesario *ara laformación de un com*le=o de un caractersticocolor azul de *rusia. 0s necesario garantizar el

*F básico en la solución, *ues de lo contrario alcalentar la solución ácida se eliminara el / enforma de F/ y la *rueba dara negativa GE.omo la solución se encontraba alcalina no fuenecesario basificar. on la adición del sulfatode amonio ferroso la solución se tornó un *ococaf;, lo >ue se atribuye a la formación dehidró%ido de hierro (BB#. Dada *or las siguientes

reacciones >ue se llevaron a cabo en cada*arte del *roceso.

OH ¿3

( s)+6 N H

4O H (ac )+5 N a

2S O

4( ac )+ FeS O

4(ac)

OH ¿2(s )+ Fe¿

N H 4¿2 F e ( s) → Fe¿

S O4¿2¿

O H (ac)−¿ +3¿

N a(ac)+¿ +11¿10¿

Esquema . 3eacción de solución sódica y sal deMohr.

8osteriormente *ara *oder disolver loshidró%idos de hierro >ue tal vez se formaron *or o%idación con el aire durante el *roceso de

ebullición, fue necesaria la adición del FS76 al"< en caliente, mediante la siguientereacción.

F e (ac )3+¿+5 H 2 O(l)

F e ( ac )2+¿+¿

H ( ac )+¿

→¿OH ¿

3( s)+5¿

OH ¿2( s)+ Fe¿

Fe¿

Esquema 4. 3eacción de disolución de hidró%idosde hierro mediante acido sulf@rico.

Aos iones -e y -e! reaccionaron con losiones ferrocianuros *ara obtener el azul de8rusia, un com*le=o de fórmula -e6-e(/#GE!.

$l adicionar el ácido sulf@rico se comenzó aformar el com*le=o de color azul. Ao >uesucede es >ue el hierro es soluble en medioácido GE, *or lo tanto se forman los iones -e yeste ion en solución se acom*le=a con los iones

/: formando (-e(/#G#6:, este se acom*le=acon los iones -e! formando el com*le=o decolor azul, evidenciado la *resencia denitrógeno *resente en la muestra. $continuación se muestran las reacciones >uese llevaron a cabo4

5



4−¿−¿→ Fe(CN )

6

¿

2+¿+6CN ¿

Fe¿

4−¿→ Fe4[ Fe(CN )6]33

+¿+3

Fe(CN )6¿

4 Fe¿

Esquema 5. -ormación del com*le=o de azul de*rusia.

-inalmente *ara la determinación de halógenose tomó una alcuota de .5 mA de la soluciónsódica y se adicionó F/7! al 1"< *ara *asar el nitrógeno y el azufre si están *resentes aácidos volátiles, los cuales son eliminadosmediante calentamiento.

NaCN + HNO3→HCN + NaNO

3

Na2

S+2 HN O3

→ H 2

S+2 NaN O3

Esquema 6. 0liminación de ácidos inorgánicos.

Aos ácidos F/ y FS son volátiles y mediantecalentamiento se fueron eliminando.

8osteriormente la solución se de=ó enfriar atem*eratura ambiente, y se adicionó gotas de

$g/7! al "< *ara >ue el ión $g formara los*reci*itados insolubles con los halógenos*resentes. 0n la adición se formó un*reci*itado en gran abundancia de color blanco, evidenciado la *resencia de cloro en lamuestra tras haber *reci*itado como cloruro de*lata. Aa reacción se *resenta a continuación.

AgNO3(ac)+ NaCl(ac)→NaNO

3(ac)+ AgCl(s)↓

Esquema 7. 3eacción de *reci*itación de clorurode *lata.

Tambi;n se contó con otra *rueba *ara laidentificación de halógenos, la *rueba de&eilstein, >ue consiste en >uemar los ó%idos decobre en *resencia de un halógeno los >ue

muestran una distintiva llama de color verde,esto se realizo mediante un alambre de cobre>ue se calentó *ara formar los o%ido de cobre,luego se tomó la muestra y se colocó a lallama, la llama se torno de color verdemomentáneamente, esto es evidencia de un

halógeno en la solución. on esta *rueba se*uede *resentar ambigNedad, *uesto >uea*arte de *oderse identificar as los haluros,tambi;n se *uede hacer con algunas aminasGE.

4. 8re!untas.

1. Describa un m;todo *ara la determinaciónde y F.

3KK Aa identificación de carbono e hidrogeno serealiza a trav;s de la reacción de una muestra

orgánica con ó%ido c@*rico (o%alato de cobreBB#. 0ste m;todo se *uede hacer cuantitativo yfue desarrollado *or C. Aiebig en 1'!1H conalgunas modificaciones a@n se utiliza. Aos*roductos son 7 y F7, >ue *ermitenidentificar carbono e hidrogenores*ectivamente. Aas reacciones involucradasson4

M . O+CuO( s ) ∆→

CO2 (g )+ H

2O(l )+Cu( s )

CO2 (g)Ba(OH )

2(ac)→BaCO3(s)+ H 2 O( l)

Metodologa40n un tubo de ensayo *yre% mezclar 5."g delcom*uesto orgánico seco y molido cona*ro%imadamente 1.5 g de ó%ido c@*ricoanhidro molido.Ta*ar el tubo de ensayo con un ta*ón *rovistode un tubo de des*rendimiento y sumergirlo enuna solución incolora de ó%ido de bario (aguabarita#. Tambi;n se *uede utilizar una soluciónde hidró%ido de calcio.alentar el tubo gradualmente con llama

directa. Aos gases *roducidos *or lacombustión *asan *or el tubo dedes*rendimiento a la solución la *resencia de

un *reci*itado blanco

BaCO

(¿¿ 3)¿

evidencia la

*resencia de carbono.Aa identificación de hidrogeno se determina *or la condensación de *e>ue?as gotas de agua

6



en las *aredes fras del tubo de ensayo y en eltubo de des*rendimientona vez terminado el burbu=eo, *rimero sesaca el tubo de des*rendimiento y luego sede=a calentar. De lo contrario se *roduce unareabsorción de la solución de hidró%ido, lo >ue*odra *rovocar la ru*tura del tubo de ensayo

1E.

. 0%iste un instrumento de laboratoriollamado analizador elemental, el cualidentifica de forma cualitativa ycuantitativa los heteroátomos *resentesen una muestra *roblema. 0%*li>ue en>u; consiste el mane=o de este e>ui*o.

3KK 0stos analizadores constan de tres *artesbien diferenciadas4 una balanza analtica *ararealizar la *esada de la muestra de formaautomática y e%*resar el resultado en < del

elemento referido a la cantidad de muestrainicialH un horno, de inducción o de electrodocontrolado a im*ulsos *ara realizar la fusión dela muestra en atmosfera de gas (inerte o no# yuna unidad analtica a la >ue son transferidoslos gases >ue se generan en el *roceso y en la>ue se sit@a el detector (de absorción,molecular en el infrarro=o o de conductividadt;rmica# !E.2ariedad de a*licaciones, analizador demuestras solidas, li>uidas, gaseosas.Multielemento, cálculo de , /, S, l en un

e>ui*o, trasmisor de muestras matriz *ara elcálculo totalmente automático de muestrassolidas y li>uidas en una configuración dehorno vertical u horizontal. 6E

5. 'onclusiones

• Aa t;cnica de fusión con sodio es un m;todo

cualitativo, *ues el ;%ito del análisis sefundamenta en cambios de color de lasolución o en la *reci*itación delcom*onente a evaluar de la sustancia

orgánica *roblema la cual *resentabanitrógeno y cloruro en su com*osición.

• 0n la determinación de nitrógeno utilizando

la t;cnica de fusión con sodio se obtuvo uncambio de color en la solución de caf; tenuea azul 8rusia caracterstico del com*le=o dehierro, mientras >ue en la determinación de

halógeno se obtuvo un *reci*itado de color blanco caracterstico del cloruro de *lata.

8ara obtener resultados confiables y

buenos, el *roceso de fundir el sodio sedebe hacer con mucho cuidado, *ues sino se hace as, las *ruebas de

determinación de elementos no se *odránllevar a cabo, *ues habra fallas en el*roceso.

• Aa *rueba de -.-. &eilstein no es muy @til a

la hora de determinar la *resencia dehalógenos en una muestra desconocida,*ues solo determina la *resencia delhalogenuro *ero no se sabe >ue halogenuroes.

6. Referencias1E. Marambio, 7. O., $P$, 8.-. M;todose%*erimentales en >umica orgánica. 1a ed.niversidad Tecnológica Metro*olitana.Santiago de hile. 55JH **. 6:!5

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