INTRODUCCIÓN
Esta
práctica se realizó el día 15 de septiembre de 2014 por los alumnos de ingeniería ambiental de
segundo semestre, grupo 202 de hidrocarburos alifáticos en la universidad
de Cundinamarca.
Con esta práctica se buscó comparar el comportamiento químico
de los hidrocarburos alifáticos (metano, etileno y acetileno) mediante el uso
de tres reacciones efectuadas en el laboratorio. La primera reacción fue la
preparación del reactivo de Bayer, la segunda fue la preparación de la cal de
sodada, la obtención de etileno (eteno), la obtención del acetileno (etino).
OBJETIVOS
- Realizar síntesis del metano, etileno y acetileno.
- Comprobar las propiedades químicas del metano, etileno y acetileno.
- Comparar las propiedades delos hidrocarburos insaturados con las de los saturados.
- Lograr identificar cada una de los respectivos materiales, y su función específica.
MARCO TEÓRICO
HIDROCARBUROS
Las cadenas carbonadas pueden ser de dos tipos, cadenas abiertas o
cadenas cerradas. En estos dos grandes grupos se encuentran compuestos binarios
formados únicamente por Carbono e Hidrógeno, llamados hidrocarburos, entre los
cuales se encuentran los alcanos, alquenos, alquinos y aromáticos.
·
Alcanos:
Se les
denomina también hidrocarburos aromáticos o parafinas. Así como también, la
denominación de saturados les viene porque poseen la máxima cantidad de hidrógeno
que una cadena carbonada puede admitir. La denominación de parafinas se refiere
a su poca actividad química, actividad limitada que obedece a la estabilidad de
los enlaces carbono-carbono, y a la firmeza con que los átomos de hidrógeno se
unen a la cadena carbonada.
Todos los
enlaces dentro de la molécula de alcanos son de tipo simple. Los alcanos se
obtienen mayoritariamente del petróleo. Son los productos base para la
obtención de otros compuestos orgánicos.
Propiedades Físicas:
Estado Físico
A 25°C los
hidrocarburos normales desde C1 hasta C4 son gases, desde C5 hasta C17 son
líquidos y desde C18 en adelante son sólidos.
Puntos de Ebullición
Los puntos
de ebullición muestran un aumento constante al aumentar el número de átomos de
carbono. Sin embargo, la ramificación de la cadena del alcano disminuye
notablemente el punto de ebullición, porque las moléculas que forman el
compuesto se van haciendo esféricamente más simétricas y, en consecuencia,
disminuyen las fuerzas de atracción entre ellas.
Puntos de Fusión
El punto de
fusión aumenta con el número de átomos de carbono y la simetría de la molécula.
Densidad
Los alcanos
son los menos densos de los compuestos orgánicos. Todos los alcanos tienen
densidades considerablemente menores a 1g/ml (la densidad del agua a 4°C).
Solubilidad
Los alcanos
son casi totalmente insolubles en agua debido a su baja polaridad, y a su
incapacidad de formar enlaces por puentes de hidrógeno. Son miscibles entre sí,
y generalmente se disuelven en solventes de baja polaridad.
Alquenos:
Los alquenos
son hidrocarburos alifáticos que poseen un doble enlace entre dos átomos de
carbono consecutivos. El doble enlace es un punto reactivo o un grupo funcional
y es el que determina principalmente las propiedades de los alquenos.
Los alquenos
también se conocen como hidrocarburos insaturados (tienen menos hidrógeno que
el máximo posible). Un antiguo nombre de esta familia de compuestos es
olefinas.
Propiedades Físicas:
Estado Físico
Los tres
primeros miembros son gases a temperatura ordinaria, del C5 hasta el C18 son
líquidos y los demás sólidos.
Puntos de Ebullición
Son un poco
más bajos (algunos grados) que los alcanos.
Puntos de Fusión
Son
ligeramente mayores que el de los alcanos.
Densidad
Una poco más
alta que la de los alcanos.
Solubilidad
La
solubilidad de los alquenos en agua, aunque débil, es considerablemente más
alta que la de los alcanos, debido a que la concentración de los electrones en
el doble enlace, produce una mayor atracción del extremo positivo del dipolo de
la molécula de agua.
Alquinos:
Los alquinos
son hidrocarburos alifáticos que poseen un triple enlace entre dos átomo de
carbono adyacente. El triple enlace es un punto reactivo o un grupo funcional y
es el que determina principalmente las propiedades de los alquinos. Los
alquinos también se conocen como hidrocarburos acetilénicos, debido a que el
primer miembro de esta serie homóloga es el acetileno o etino.
Propiedades Físicas:
Estado Físico
Son gases
hasta el C5, líquidos hasta el C15 y luego sólidos.
Puntos de Ebullición
Son más
altos que los de los correspondientes alquenos y alcanos.
Puntos de Fusión
Se puede
decir lo mismo que para el punto de ebullición.
Densidad
Igual que en
los casos anteriores.
Solubilidad
Se disuelven
en solventes no polares.
·
Metano
El metano
es el hidrocarburo más simple, su molécula está formada por un átomo de carbono
(C), al que se encuentran unidos cuatro átomos de hidrógeno (H).
A
temperatura ambiente es un gas y se halla presente en la atmósfera.
El metano
tiene aplicación en la industria química como materia prima para la elaboración
de múltiples productos sintéticos... En los últimos años ha sido aplicado con
buenos resultados, como fuente energética alternativa en pequeña escala,
generándolo a partir de residuos orgánicos agrícolas. Este biogás está
compuesto aproximadamente por 55 a 70% de metano, 30 a 45% de dióxido de
carbono y 1 a 3% de otros gases, y su poder calorífico oscila en las 5.500
Kcal/m3
Las principales fuentes productoras de metano son:
- los procesos de
descomposición de la materia orgánica en ausencia de oxígeno
(anaerobiosis), se lo conoce como “gas de los pantanos”; en este aspecto,
las grandes extensiones de cultivos de arroz (145 millones de hectáreas en
todo el mundo) y las zonas pantanosas, emiten importantes cantidades de
metano.
- el proceso digestivo de los
rumiantes (bovinos).
- la combustión (incendios) de
biomasa en bosques tropicales y sabanas.
- la actividad microbiana en
aguas servidas (cloacas).
- determinadas acumulaciones
de hidrocarburos tales como campos de petróleo, gas y carbón lo emiten
espontáneamente (fugas).
·
ETILENO
El
etileno es el hidrocarburo insaturado más simple. Tiene una hibridación de tipo
SP². Es altamente inflamable. Es polimerizarble y per oxidable. Reacciona
violentamente con oxidantes y cloro en presencia de luz.
Propiedades físicas:
•
Estado de agregación: GAS
•
Apariencia: INCOLORO
•
Presión crítica: 50,7 atm
•
Temperatura crítica: 282,9 K (10 °C)
•
Punto de ebullición: 169,5 K (-104 °C)
•
Punto de fusión: 104 K (-169 °C)
•
Masa molar: 28,05 g/mol
•
Densidad: 1.1780 kg/m3 0,001178 g/cm3
Propiedades químicas:
•
Solubilidad: Miscible (en agua)
•
Acidez: 44 pKa
·
ACETILENO
El
Acetileno es un gas compuesto por Carbono e Hidrógeno (12/1 aprox. en peso). En
condiciones normales es un gas un poco más liviano que el aire, incoloro. El
Acetileno 100% puro es inodoro, pero el gas de uso comercial tiene un olor
característico, semejante al ajo. No es un gas tóxico ni corrosivo. Es muy
inflamable. Arde en el aire con llama luminosa, humeante y de alta temperatura.
Los limites inferior y superior de inflamabilidad son 2.8% y 93% en volumen de
Acetileno en Aire.
El
Acetileno puro sometido a presión es inestable, se descompone con inflamación
dentro de un amplio rango de presión y temperatura. Por esto, en el cilindro se
entrega diluido en un solvente, que generalmente es acetona, impregnado en un
material poroso contenido en el cilindro, que almacena el Acetileno en miles de
pequeñas cavidades independientes. En esta forma, el Acetileno es seguro en su
transporte y almacenamiento.
PREVENCIONES
ROMBO DE RIESGO
CLASIFICACIÓN DE REACTIVOS
En el laboratorio de análisis se utilizan
reactivos de calidad analítica que se producen comercialmente con un alto grado
de pureza. En las etiquetas de los frascos se relacionan los límites máximos de
impurezas permitidas por las especificaciones para la calidad del reactivo o
los resultados del análisis para las distintas impurezas. Dentro de los
reactivos analíticos pueden distinguirse tres calidades distintas:
• Reactivos para análisis (PA): Son aquellos cuyo contenido en
impurezas no rebasa el número mínimo de sustancias determinables por el método
que se utilice.
• Reactivos purísimos: Son
reactivos con un mayor grado de pureza que los reactivos “para análisis” .
• Reactivos especiales: Son
reactivos con calidades
específicas para algunas técnicas analíticas, como cromatografía líquida (HPLC),
espectrofotometría (UV).
Hay reactivos que tienen
características y usos específicos como los reactivos calidad patrón primario, que se emplean en las técnicas volumétricas, o los patrones de
referencia.
PICTOGRAMAS DE PELIGROSIDAD
Los pictogramas, las frases R de RIESGO y las frases S de SEGURIDAD aparecen en las etiquetas del producto informando sobre la peligrosidad del mismo.
Frases R. Riesgos específicos
atribuidos a las sustancias peligrosas
R1. Explosivo en estado seco
R10. Inflamable
R23. Tóxico por inhalación
R38. Irrita la piel
Frases S. Consejos de prudencia relativos a las sustancias peligrosas
S3. Consérvese en lugar fresco
S22. No respirar el polvo
S29. No tirar los residuos por el desagüe
S50. No mezclar con (especificar producto)
R1. Explosivo en estado seco
R10. Inflamable
R23. Tóxico por inhalación
R38. Irrita la piel
Frases S. Consejos de prudencia relativos a las sustancias peligrosas
S3. Consérvese en lugar fresco
S22. No respirar el polvo
S29. No tirar los residuos por el desagüe
S50. No mezclar con (especificar producto)
MANEJO DE REACTIVOS
Al trabajar con cualquier reactivo se
deben tomar todas las precauciones necesarias para evitar la contaminación
accidental del mismo. Para ello han de seguirse las siguientes reglas:
- Escoger el grado del reactivo apropiado
para el trabajo a realizar, y siempre que sea posible, utilizar el frasco
de menor tamaño.
- Tapar inmediatamente el frasco una vez
extraído el reactivo, para evitar posibles confusiones con otros frascos.
- Sujetar el tapón del frasco con los dedos; el
tapón nunca debe dejarse sobre el puesto de trabajo.
- Evitar colocar los frascos destapados en
lugares en que puedan ser salpicados por agua u otros líquidos.
- Nunca devolver al frasco original cualquier
exceso de reactivo o de disolución.
- Mantener limpios y ordenados los estantes de
reactivos y las balanzas. Limpiar inmediatamente cualquier salpicadura.
- Rotular cualquier disolución o frasco de
reactivo cuya etiqueta original se haya deteriorado.
NORMAS DE SEGURIDAD EN LOS LABORATORIOS
GENERALES:
- No
fumes, comas o bebas en el laboratorio.
- Utiliza
una bata y tenla siempre bien abrochada, así protegerás tu ropa.
- Guarda
tus prendas de abrigo y los objetos personales en un armario o taquilla y
no los dejes nunca sobre la mesa de trabajo.
- No
lleves bufandas, pañuelos largos ni prendas u objetos que dificulten tu
movilidad.
- Procura
no andar de un lado para otro sin motivo y, sobre todo, no corras dentro
del laboratorio.
- Si
tienes el cabello largo, recógetelo.
- Dispón
sobre la mesa sólo los libros y cuadernos que sean necesarios.
- Ten
siempre tus manos limpias y secas. Si tienes alguna herida, tápala.
- No
pruebes ni ingieras los productos.
- En
caso de producirse un accidente, quemadura o lesión, comunícalo
inmediatamente al profesor.
- Recuerda
dónde está situado el botiquín.
- Mantén
el área de trabajo limpia y ordenada.
NORMAS PARA MANIPULAR INSTRUMENTOS Y PRODUCTOS
- Antes de manipular un aparato o montaje eléctrico, desconéctalo de la red eléctrica.
- No pongas en funcionamiento un circuito eléctrico sin que el profesor haya revisado la instalación.
- No utilices ninguna herramienta o máquina sin conocer su uso, funcionamiento y normas de seguridad específicas.
- Maneja con especial cuidado el material frágil, por ejemplo, el vidrio.
- Informa al profesor del material roto o averiado.
- Fíjate en los signos de peligrosidad que aparecen en los frascos de los productos químicos.
- Lávate las manos con jabón después de tocar cualquier producto químico.
- Al acabar la práctica, limpia y ordena el material utilizado.
- Si te salpicas accidentalmente, lava la zona afectada con agua abundante. Si salpicas la mesa, límpiala con agua y sécala después con un paño.
- Evita el contacto con fuentes de calor. No manipules cerca de ellas sustancias inflamables. Para sujetar el instrumental de vidrio y retirarlo del fuego, utiliza pinzas de madera. Cuando calientes los tubos de ensayo con la ayuda de dichas pinzas, procura darles cierta inclinación. Nunca mires directamente al interior del tubo por su abertura ni dirijas esta hacia algún compañero.
- Todos los productos inflamables deben almacenarse en un lugar adecuado y separados de los ácidos, las bases y los reactivos oxidantes.
- Los ácidos y las bases fuertes han de manejarse con mucha precaución, ya que la mayoría son corrosivos y, si caen sobre la piel o la ropa, pueden producir heridas y quemaduras importantes.
- Si tienes que mezclar algún ácido (por ejemplo, ácido sulfúrico) con agua, añade el ácido sobre el agua, nunca al contrario, pues el ácido «saltaría» y podría provocarte quemaduras en la cara y los ojos.
- No dejes destapados los frascos ni aspires su contenido. Muchas sustancias líquidas (alcohol, éter, cloroformo, amoníaco...) emiten vapores tóxicos.
CASO DE ACCIDENTE
AVISO: informar
inmediatamente al docente
A)
FUEGO EN EL
LABORATORIO
Evacuar el laboratorio, por pequeño que
sea el fuego, por la salida principal o la de emergencia
B) FUEGO EN LA ROPA
No
correr a la ducha de seguridad si está muy lejos de ella, mejor tirarse al
suelo, rodar esto ayudara a que el fuego se apague.
C) QUEMADURAS
Se trata la zona afectadas con agua fría entre
unos 10 – 15 minutos.
RECORDAR:
Utilizar gafas, guantes, tapa bocas.
No utilizar lentes de contacto
El vidrio caliente no se distingue del frío
No utilizar ningún reactivo que le falte la etiqueta
Utilizar gafas, guantes, tapa bocas.
No utilizar lentes de contacto
El vidrio caliente no se distingue del frío
No utilizar ningún reactivo que le falte la etiqueta
ECUACIONES QUIMICAS CÁLCULOS Y RESULTADOS
FORMACIÓN DEL METANO
Acetato de
sodio con cal sodada
Metano con
agua de bromo
Metano con
agua de Bayer
METANO
CON agua de cloro
Combustión
del metano
FORMACIÓN DEL ETILENO
Etanol con
ácido sulfúrico
Etanol con
agua de bromo
Etanol con
agua de Bayer
Combustión del etileno
FORMACIÓN DEL ACETILENO
Carbonato de
calcio con agua
Acetileno
con agua de bromo
Acetileno
con agua de Bayer
Combustión
de acetileno
CUESTIONARIO
1.
¿Qué características
presenta el gas obtenido al mesclar el
carburo de calcio y el agua? Escribe la
reacción correspondiente
RTA/ Acetileno (etino)
Característica:
produce llama delgada y de alta temperatura
Reacción CaC2 + 2 H2O → C2H2 + Ca (OH)2
2. ¿Qué se puede concluir
acerca de las propiedades del metano en
cuanto a su comportamiento como combustión?
Escriba la ecuación correspondiente.
RTA/ es un combustible relativamente más limpio
que los otros ya que contiene sólo 1
átomo de carbono, genera menos CO2; Y
absorbe gran cantidad de calor y por esto aumenta la Tº
Ecuación: CH4 (g) + 2O2 (g)
-------> CO2 (g) + 2H2O (g)
3. Escriba las ecuaciones
químicas correspondientes a la prueba de laboratorio de la parte C, D y E e
indique que tipo de reacciones orgánicas son.
C.
METANO --- HIDROCARBUROS
CH3COONa + Ca (OH)2 ===== CH4 + CO2 +
NaOH + CaO
3 CH3COONa +
5 NaOH + 3 CaO = 4 Na2CO2 + 3 Ca (OH)2 + 2 CH4
D.
ETILENO
4.
Consulta sobre la composición del gas natural empleado
como gas domiciliario. ¿Por qué este gas presenta un olor desagradable?
El
butano (también llamado n-butano) es un hidrocarburo saturado, parafínico o
alifático, inflamable, gaseoso que se licúa a presión atmosférica a -0,5 °C,
formado por cuatro átomos de carbono y por diez de hidrógeno, cuya fórmula
química es C4H10. También puede denominarse con el mismo nombre a un isómero de
éste gas: el isobutano o metilpropano.
Como
es un gas incoloro e inodoro, en su elaboración se le añade un odorizante
(generalmente un mercaptano) que le confiere olor desagradable. Esto le permite
ser detectado en una fuga, porque es altamente volátil y puede provocar una
explosión.
5. Compara la reactividad de
los alquenos y los alcanos.
6. ¿Qué diferencia en contraste entre las llamas
producidas por el metano y el
Etileno
¿A qué atribuyes estas diferencias?
METANO:
|
ETILENO:
|
·
la llama es de color amarillo en la parte
inferior, blanco en el centro y
naranja alrededor.
·
su tamaño es mínimo
·
no
tiene olor.
|
·
la llama posee los mismos colores (prevaleciendo más el blanco).
·
el tamaño se incrementa notablemente.
·
Posee un olor fuerte.
|
7. Explica la reacción entre el acetileno y
el nitrato de plata
Por
ser una solución acuosa resulta ser más fácil la producción de carburos
insolubles en agua. Lo que pasa es que por ser ácidos (H del acetileno) pueden
ser extraídos con amonio.
8. Si en una molécula existen simultáneamente
un doble y un triple enlace,
¿Cuál de los dos predomina para el
comportamiento químico del hidrocarburo?
Explica
CH2=CH-CH=CH-C≡CH
1,3- HEXADIENO-5- INO
A
pesar de que hay 2 tipos de enlaces predominara el enlace DOBLE el cual le dará el nombre al hidrocarburo.
9. Explica brevemente cómo se obtienen industrialmente los alquinos.
Existen tres procedimientos para
la obtención de alquinos:
- Deshidrohalogenación de halogenuros de alquilo
vecinales.
- Deshidrohalogenación de halogenuros de alquilo
gemínales
- (gem-dihalogenuros).
- Alquilación de alquinos. Se produce debido a la acidez del H en los alquinos terminales. Mediante esta
reacción se sintetizan alquinos
internos a partir de alquinos terminales. Tiene lugar en dos
etapas:
Para
que se produzca esta última reacción es necesario utilizar halo alcanos primarios.
10. ¿Cuál es la principal aplicación del
acetileno?
Se puede usar en la soldadura llama autógena, en la
cual se usa un tanque de oxígeno y otro de acetileno para derretir acero u
otros metales y así soldarlos.
Es usado también para sintetizar ácido acético y
etileno glicol.
Se usa también para evaporar muestras para llevar acabo
el análisis por medio de espectroscopia de absorción atómica.
Protección de metales fundidos para evitar oxidación
ANEXOS
MATERIALES
MECHEROS
DE GAS
Se utiliza como fuente
de energía para calentar sustancias.
USO: Este objeto genera energía calorífica mediante la
quema de combustible (gas propano, butano, alcohol, etc.)
VASO
PRECIPITADO
Sirve
para medir volumen de líquidos y también para calentar y mezclar sustancias.
BALÓN DE DESTILACIÓN CON DESPRENDIMIENTO LATERAL
Frasco
de cuello largo y cuerpo esférico. Está diseñado para el calentamiento uniforme
de distintas sustancias, se produce con distintos grosores de vidrio para
diferentes usos. Está hecho generalmente de vidrio o plástico especial.
MANGUERA
Es
un instrumento de caucho que se utiliza para traspasar líquidos o gases de un
instrumento a otro.
PIPETAS
GRADUADAS
Instrumento
de laboratorio que se utiliza para medir o transvasar pequeñas cantidades de
líquido.
GRADILLA
Pueden
ser de metal, madera o platico. Se utilizan para sostener los tubos de ensayo.
CUBETA
fabricado
en plástico, vidrio o cuarzo (transparente a
la luz
ultravioleta) y diseñado para mantener
las muestras durante los experimentos.
ESPÁTULA
Sirve
para sacar las sustancias sólidas de los recipientes que las contienen.
BALANZA
Instrumento
que sirve para medir la masa de los objetos.
MORTERO
Se
utilizan para disgregar sustancias, mediante la presión ejercida,
PINZAS PARA TUBO DE ENSAYO
Son
instrumentos en forma de tenacillas que sirven para sujetar los tubos de
ensayo; pueden ser de madera o metálicas.
SOPORTE
UNIVERSAL
A él
se sujetan los recipientes que se necesitan para .realizar los montajes
experimentales.
NUEZ
Son
unas pinzas de acero inoxidable que se utilizan para sujetar las buretas.
PINZAS
PARA SOPORTE
Estas
pinzas se adaptan al soporte universal y permiten sujetar vasos de precipitados.
Palitos
de madera con una cabeza inflamable utilizadas para encender fuego.
ARENA
Sirve
como catalizador.
TUBOS
DE ENSAYO
Se
emplea para calentar o mezclar pequeñas cantidades de sustancias.
EMBUDO
DE
Se utiliza para separar líquidos inmiscibles.
TAPONES DE CAUCHO
Sirven
para tapar tubos de ensayo.
PIPETAS
GRADUADAS
Las
pipetas graduadas con escala de volumen se usan para dosificar líquidos.
REACTIVOS
ACETATO
DE SODIO
Llamado
etano ato de sodio, es la sal de sodio del ácido acético. Es un producto
químico económico producido en cantidades industriales para una amplia gama de
usos.
HIDRÓXIDO
DE SODIO
El
hidróxido de sodio o hidróxido sódico, también conocido como soda cáustica o
sosa cáustica, es un hidróxido cáustico usado en la industria en la fabricación
de papel, tejido, y detergentes.
OXIDO
DE CALCIO
Óxido
de calcio y el óxido de calcio de magnesio, denominados también, cal viva y
dolomía calcinada respectivamente.
AGUA
DE BROMO
Elemento
químico de número atómico 35 situado en el grupo de los halógenos (grupo VII A)
de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Br.
PERGANATO
DE POTASIO
Compuesto
químico formado por iones potasio y permanganato. Es un fuerte agente oxidante
CARBONATO
DE SODIO
Es
una sal blanca y translúcida de fórmula química Na₂CO₃, usada entre otras
cosas en la fabricación de jabón, vidrio y tintes.
TETRACLORURO
DE CARBONO
Compuesto
químico sintético, organoclorado, no inflamable, antiguamente utilizado como
extintor y en la producción de refrigerantes, pero actualmente abandonado
debido a su toxicidad.
ETANOL
Conocido
como alcohol etílico, es un alcohol que se presenta en condiciones normales de
presión y temperatura como un líquido incoloro e inflamable con un punto de
ebullición de 78,4 °C
ÁCIDO
SULFÚRICO
Compuesto
químico extremadamente corrosivo cuya fórmula es H₂SO₄.
SOLUCIÓN
DE PERMANGANATO DE POTASIO
Compuesto
químico formado por iones potasio (K+) y permanganato (MnO4−). Es un fuerte
agente oxidante. Tanto sólido como en solución acuosa presenta un color violeta
intenso.
CARBURO
DE CALCIO
Sustancia
sólida de color grisáceo que reacciona exotérmicamente con el agua para dar cal
apagada y acetileno.
SOLUCIÓN
DE NITRATO DE PLATA
Sal
inorgánica mixta. Este compuesto es muy utilizado para detectar la presencia de
cloruro en otras soluciones.
BIBLIOGRAFIA
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