Reporte 1 Química Del Carbono Vacas Final

Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Química Área de Química Laboratorio de Química Orgánica 1 Instructor: Mercedes Roquel

PRÁCTICA No. 3 “SINTESIS DE UN ALQUENO Y SUS PROPIEDADES”

Sección

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Resumen

Ponderación 10

Objetivos

5

Marco teórico

5

Marco Metodológico

5

Resultados

15

Interpretación de

30

Resultados Conclusiones

15

7. 8. Bibliografía 9. Apéndice 9.1 Datos Originales 9.2 Muestra de Cálculo 9.3 Datos Calculados

Nota

5 1 5 4 NOTA

Jacqueline Michelle Izaguirre Rayo 201314801 Jazmin Aracelly Cardona Valdez 201314249 Sección: “B” Guatemala, 10 de diciembre de 2014 Fecha de revisión: _______________ Nota: _____ Firma: ___________

ÍNDICE Contenido 1. RESUMEN..........................................................................................................3

2. OBJETIVOS........................................................................................................4 2.1.

Objetivo General...........................................................................................4

2.2.

Objetivos Específicos...................................................................................4

3. MARCO TEÓRICO..............................................................................................5 3.1.

Química Orgánica1.......................................................................................5

3.2.

Química del Carbono....................................................................................5

3.3.

Deshidratación de Azúcar............................................................................6

4. MARCO METODOLÓGICO................................................................................8 4.1.

Algoritmo de Procedimiento.........................................................................8

4.2.

Diagrama de Flujo........................................................................................9

5. RESULTADOS..................................................................................................10 6. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS............................................................11 7. CONCLUSIONES.............................................................................................13 8. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.................................................................14 9. APENDICE........................................................................................................15 9.1.

HOJA DE DATOS ORIGINALES................................................................15

9.2.

MUESTRA DE CÁLCULO..........................................................................16

2.

Porcentaje de error:....................................................................................16

9.3.

DATOS CALCULADOS..............................................................................17

1. RESUMEN

2

Química del Carbono

La práctica No. 1, llamada “Química del Carbono” consistió en la obtención de carbón a partir de la deshidratación del azúcar mediante ácido sulfúrico y agua. Se tomó 3 g y 4 g de azúcar a la cual se le agregó agua y ácido sulfúrico, hasta observar el cambio de coloración llegando a negro metálico, la muestra fue introducida en un horno por diez minutos. La práctica se trabajó con cuatro grupos, los cuales utilizaron 0.5, 1 y1.5 ml de ácido sulfúrico. Se calculó el porcentaje de carbono presente en cada muestra realizada en el laboratorio, para el grupo 1 el porcentaje de carbono fue de 14.7449%, para el grupo 2 fue de 31.875%, para el grupo 3 fue de 18.4667% y para el grupo 4 el porcentaje de carbono fue de 28.7%. Y el porcentaje de error fue de 64.9765%, 24.2874%, 56.1361% y 31.8289% respectivamente para cada grupo. Se trabajó bajo condiciones atmosféricas normales, 25°C y 1 atm. Temperatura del horno 500-600°C.

2. OBJETIVOS 2.1.

Objetivo General

Adquirir conocimientos generales sobre los procesos de obtención de compuestos orgánicos, así como del carbono. 3

Química del Carbono

2.2.

Objetivos Específicos

1.

Analizar el comportamiento del ácido sulfúrico en la deshidratación del

2. 3.

azúcar. Determinar el porcentaje de carbono total presente en el azúcar. Determinar el porcentaje de error de la masa total del carbono cuando se

4.

le agrega agua. Determinar el porcentaje de error de la masa total del carbono cuando se

5.

agrega 0,5mL de ácido sulfúrico. Determinar el porcentaje de error de la masa total del carbono cuando se

6.

agrega 1mL de ácido sulfúrico. Determinar el porcentaje de error de la masa total del carbono cuando se agrega 1,5mL de ácido sulfúrico.

3. MARCO TEÓRICO

3.1.

Química Orgánica1

La química orgánica es la disciplina científica que estudia la estructura, propiedades,

síntesis

y

reactividad

de

compuestos

químicos

formados

principalmente por carbono e hidrógeno, los cuales pueden contener otros 4

Química del Carbono

elementos, generalmente en pequeña cantidad como oxígeno, azufre, nitrógeno, halógenos, fósforo, silicio. El término “orgánico” procede de la relación existente entre estos compuestos y los procesos vitales, sin embargo, existen muchos compuestos estudiados por la química orgánica que no están presentes en los seres vivos, mientras que numerosos compuestos inorgánicos forman parte de procesos vitales básicos, sales minerales, metales como el hierro que se encuentra presente en la hemoglobina. Los compuestos orgánicos presentan una enorme variedad de propiedades y aplicaciones y son la base de numerosos compuestos básicos en nuestras vidas, entre los que podemos citar: plásticos, detergentes, pinturas, explosivos, productos

farmacéuticos,

colorantes,

insecticidas.

La síntesis de nuevas moléculas nos proporciona nuevos tintes para dar color a nuestras ropas, nuevos

perfumes, nuevas medicinas con las que curar

enfermedades. Por desgracia existen compuestos orgánicos que han causado daños muy importantes, contaminantes como el DDT, fármacos como la Talidomida. Pero desde mi punto de vista el balance de esta disciplina científica es más que positivo, hasta el punto de ser imposible el nivel de vida actual sin sus aportaciones.

3.2.

Química del Carbono

¿Por qué el carbono es tan importante? Hay muchas explicaciones, pero se tendría que comenzar diciendo que el carbono tiene la posibilidad de establecer uniones hasta con cuatro átomos más. Generalmente estas reacciones las realiza con el oxígeno, hidrógeno y nitrógeno. Pero uno de los hechos más importantes es que pueden unirse átomos de carbono entre sí para formar cadenas (como un collar) que pueden llegar a ser muy largas y estables (esto significa que la cadena es muy resistente).

5

Química del Carbono

3.3.

Deshidratación de Azúcar

El ácido sulfúrico es un ácido fuerte que además es altamente higroscópico, es decir, es capaz de absorber agua de las sustancias, incluso de extraer agua de diferentes moléculas como es el caso del azúcar al que convierte en carbón. La reacción del ácido sulfúrico y el agua es exotérmica (quiere decir que existe gran liberación de calor) y por tanto lo suficiente como para producir lacarbo nización del azúcar produciéndose como productos intermediarios CO O, pero finalmente este acetileno termina degradándose a C y ocurre desprendimiento de gas metano, que es el del olor desagradable que se percibe tal procedimiento es el que antiguamente se usaba para la vulcanización del caucho y en el que está basado el actual procedimiento. Por tanto la reacción balanceada es la siguiente: La manera en la que ocurre la reacción se sigue de la siguiente manera: C12H22O11 (s) + 18 H2SO4 (l) → C (s) + 6 CO2 (g) + 29 H2O (g) + 12 SO2 (g) + 6 SO3(g) + CALOR (Reacción 1) En pocas palabras "Lo que ha sucedido es una reacción de deshidratación del azúcar provocada por el ácido sulfúrico. La sacarosa se convierte en un residuo negro

de

carbono,

mientras que

el agua se

desprende

en forma de vapor provocando ese ascenso de la masa y esa textura esponjosa." Al mezclar ácido sulfúrico con agua se libera una considerable cantidad de calor. Y como es un agente tan desecante, actúa tan fuertemente en ese aspecto que extrae

el

agua,

y

por

lo

tanto

carboniza

el

azúcar;

se produce una fuerte combustión. Lo que ha sucedido es una reacción de deshidratación del azúcar provocada por el ácido sulfúrico. La sacarosa se convierte en un residuo negro de carbono, mientras que el agua se desprende en forma de vapor. ¿Qué es el carbón vegetal? Carbón vegetal es el residuo sólido que queda cuando de "carbonizar" la madera, o se "hidroliza", en condiciones controladas, en un espacio cerrado, como es el 6

Química del Carbono

horno de carbón. El control se hace sobre la entrada del aire, durante el proceso de pirólisis o de carbonización, para que la madera no se queme simplemente en cenizas,

como

sucede en un fuego convencional, sino

que se descomponga químicamente para formar el carbón vegetal. El proceso de la pirólisis, una vez iniciado, continúa por su cuenta y descarga notable cantidad de calor. Sin embargo, esta descomposición por pirólisis o termal de la celulosa y de la lignina, que constituyen la madera, no se inicia antes que la madera llegue a una temperatura de alrededor de 300 °C. Todos los sistemas de carbonización ofrecen

mayores

eficiencias

cuando

son

alimentados

con

madera

seca, puesto que la eliminación del agua de la madera requiere grande sin sumos de energía

calorífica. Cuando

termina la

pirólisis

habiendo

llegado a la

temperatura de aproximadamente 500 °C, se deja el carbón vegetal que se enfríe sin acceso de aire; puede entonces ser descargado sin peligro, listo para su empleo. Elrendimiento del carbón muestra también cierta variación con respecto al tipo de madera. Hay cierta evidencia de que el contenido de lignina en la madera tiene un efecto positivo sobre el rendimiento del carbón; un alto contenido de lignina da un elevado rendimiento de carbón vegetal. Una temperatura de 450 – 500 °C ofrece un equilibrio óptimo entre friabilidad y el deseo de un elevado contenido de carbono fijo. Una vez que la reacción ha iniciado, se procede a la carbonización del azúcar, en la cual se produce la siguiente reacción: C 12H22O11(s) → 12 C(s) + 11 H2O(aq).

1

Carey, Francis. Química Orgánica, 6 a Edición. México, McGraw-Hill, 2003. 1245p. ISBN: 970-105610-8. 2 Lamarque A. Zygadlo J. Labuckas D. López L. Torres M. Maestri D. 2008,Fundamentos teórico-prácticos de química orgánica, Encuentro grupo editor,Argentina, pág. 51. 3

Deshidratación del Azúcar. Consultado: 01 de Agosto de 2014. Disponible en línea: http://www.quimicefa.com/138/desidratacion-del-azucar-con-acido-sulfurico.html.

4. MARCO METODOLÓGICO

7

Química del Carbono

4.1.

1. 2. 3.

Algoritmo de Procedimiento

Pesar 4 gramos de azúcar. Colocar los gramos de azúcar en un crisol. Añadir gotas de agua para disolver el azúcar y agitar con una varilla de

vidrio. 4. Agregar mililitros de H 2SO4 concentrado al azúcar hasta observar un 5. 6.

cambio de color. Observar el aumento de volumen. Pesar en la balanza analítica el carbón obtenido de la reducción del azúcar con H2SO4.

4.2.

Diagrama de Flujo Inicio

Lavar y secar la cristalería a utilizar.

8

Pesar 4g de azúcar.

Química del Carbono

Colocar en un crisol. Disolver con poca agua. Agregar H2SO4. Observar cambio de color. ¿Cambió?

No

Sí

Observar cambio de Vol. Calentar en el horno. Pesar el producto final. Final

5. RESULTADOS

Tabla No. 1 Porcentaje de la formación teórica de carbono. %Carbono (%) 42.10 Fuente: Datos Calculados.

9

Química del Carbono

Tabla No. 2 Porcentajes de Rendimiento. Grupo

Peso Final (g)

1

0.610

Porcentaje Porcentaje de de Carbono Error 14.7449 % 64.9765 %

2

1.275

24.2874 % 24.2874 %

3

0.554

18.4667%

56.1361 %

4

1.148

28.7%

31.8289 %

Fuente: Hoja de datos originales, muestra de cálculo.

6. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

En la práctica número 1 de laboratorio, llamada “Química del Carbono” se obtuvo carbón a partir de la deshidratación de la sacarosa, utilizando H2SO4. Para lo cual se agregaron gotas de agua para disolverla, luego se agregó 0.5, 1 y 1.5 mL de ácido sulfúrico hasta que esta cambiase 10

Química del Carbono

de color. Finalmente se calcinó la muestra en un horno para así, obtener el carbón. Para la deshidratación de la azúcar es necesario eliminar toda el agua que contenga; en el azúcar, encontramos un producto natural con un alto contenido de agua y el ácido sulfúrico es un deshidratante muy potente. Esta reacción exotérmica contribuye a que la sacarosa rompa sus enlaces. De manera que cuando esto pasa, la sacarosa aumenta de volumen ya que el ácido sulfúrico se reduce a ácido sulfuroso, el cual se descompone en agua y dióxido de azufre. Así que el azúcar se esponja por los gases nocivos que se forman, como vapor de agua, dióxido de azufre y dióxido de carbono, los que hacen que la sacarosa aumente notablemente de volumen.

Al realizar el proceso para la obtención de carbono se obtuvo el porcentaje del mismo en cada muestra. Los porcentajes al agregar 0 mL de H2SO4 fue de 14,7449%, agregando 0,5 mL fue de 31,875%, agregando 1 mL fue de 18,4667 y agregando 1,5 Lfue de 28,7% Se obtuvieron estos datos mediante la ecuación no.1 (muestra de cálculo). Cuando se rompen los enlaces de sacarosa, la sacarosa aumenta de volumen y por lo mismo aumenta la masa. Se obtienen menos volumen al no agregarle nada de ácido sulfúrico, es decir que el ácido sulfúrico es el que provoca el aumento mayor en la masa. Comparándolo con el dato teórico de la masa total del carbono es de 42%, se obtuvo un porcentaje de error de 64,9765%, 24,2874%, 56,1361% y 31,8289% respectivamente.

Este porcentaje de error fue dado, debido a que el tiempo de la muestra en el horno no fue apto para la evaporización del agua y el ácido sulfúrico. Dado 11

Química del Carbono

que el producto aún contenía cierto porcentaje de estos compuestos, teniendo que haberse mantenido durante un mayor tiempo en el horno, para que este se secara por completo, dejando solamente el carbón. También por el mal manejo de los

instrumentos y por las incertezas que se comete la balanza analítica.

12

Química del Carbono

7. CONCLUSIONES 1.

La deshidratación del azúcar es provocada por el ácido sulfúrico, ya que esta reacción rompe los enlaces de la sacarosa, esta aumenta de

2. 3.

volumen, y el ácido sulfúrico se reduce a ácido sulfuroso. El porcentaje de carbono total agregándole agua fue de 14,7449% El porcentaje de carbono total agregando 0,5 ml de H2SO4 fue de

4.

31,875% El porcentaje de carbono total agregando 1ml de H2SO4 fue de

5.

18,4667% El porcentaje de carbono total agregando 1,5ml de H2SO4 fue de

6.

28,7% El promedio de los porcentajes de error es de 64.9765%, 24.2874%, 56.1361% y 31.8289% respectivamente, estos porcentajes error

fueron dados debido a las condiciones de temperatura en las que se trabajaron.

13

Química del Carbono

8. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 1.

Carey, Francis. Química Orgánica, 6a Edición. México, McGraw-Hill,

2.

2003. 1245p. ISBN: 970-10-5610-8. Lamarque A. Zygadlo J. Labuckas D. López L. Torres M. Maestri D. 2008, Fundamentos teórico-prácticos de química orgánica, Encuentro grupo editor, Argentina, pág. 51.

3.

Deshidratación del Azúcar. Consultado: 01 de Agosto de 2014. Disponible en línea: http://www.quimicefa.com/138/desidratacion-delazucar-con-acido-sulfurico.html

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Química del Carbono

9. APENDICE 9.1.

15

HOJA DE DATOS ORIGINALES

Química del Carbono

9.2.

1.

R=

MUESTRA DE CÁLCULO

Porcentaje del carbono: Cálculo para la obtención del Porcentaje de carbono.

[ ]

Mf ∗100 Mi [Ecuación 1]

Dónde: R = Rendimiento. Mf = Masa final de sustancia. Mi = Masa inicial de sustancia.  R=

Se calcula el rendimiento del grupo 1, utilizando la Ecuación 1.

[

]

0.610 ∗100=14.7449 4.137

2.

Porcentaje de error:



Cálculo para la obtención del porcentaje de error. Dt −De %E= ∗100 Dt [Ecuación 2]



3.

16

Se calcula el porcentaje de error del porcentaje de error de carbono para el grupo 1. 42.1−14.7449 E= ∗100=64.9765 42.1 Porcentaje teórico de Carbono en Sacarosa.

Química del Carbono

Sabiendo que el 1 mol de sacarosa posee 144g de carbono. (Este pesa 12g y se encuentran 12 en su fórmula química). Entonces, el porcentaje de carbono presente en los 342 g de sacarosa será:

|

de Carbono=

|

144 g C ∗100 =42.1 342 g C 12 H 22 O11

4. Gramos Teóricos del Carbono en Sacarosa: Por lo que se calcula el 42.1% de 4g, que son los totales utilizados en la práctica: ∗4 g C | 42.1 100

g de Carbono=

9.3.

12

|

H 22 O 11 =1.684 g de C

DATOS CALCULADOS

Tabla No. 2 Porcentaje de carbono y error de la muestra por grupo. Grupo

Porcentaje de Carbono

Porcentaje de Error

1

14.7449 %

64.9765 %

2

24.2874 %

24.2874 %

3

18.4667%

56.1361 %

4

28.7%

31.8289 %

Fuente: Muestra de cálculo.

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