Análise Elementar Qualitativa de Compostos Orgânicos

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DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUÍMICA CATEDRA DE QUÍMICA ORGÁNICA - 2014
UNIVERSIDAD
TECNOLOGICA
NACIONAL
FACULTAD REGIONAL ROSARIO
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUÍMICA
CÁTEDRA DE QUÍMICA ORGÁNICA
ANÁLISIS ELEMENTAL CUALITATIVO
TRABAJO PRÁCTICO Nº: ...................................
NOMBRE Y APELLIDO: ....................................................................................................................
FECHA:........................................................ CURSO: ..................... COMISIÓN: ........................
OBJETIVO
Determinar mediante ensayos químicos cualitativos la presencia de Carbono, Azufre, Nitrogeno y 
Fósforo en compuestos orgánicos.
Analizar las reacciones correspondientes y realizar las respectivas reacciones REDOX.
DETERMINACIÓN DE CARBONO
a) Método por vía seca 
Fundamento: oxidación a elevada temperatura del carbono de la materia orgánica mediante 
CuO y posterior reconocimiento del CO2 formado.
Interpretación de la reacción:
C + 2 CuO → CO2 + 2 Cu
 
Si la cantidad de CuO estuviera en exceso, los productos serán:
C + 4 CuO → CO2 + 2 Cu + 2 CuO
Finalmente al CO2 desprendido se lo reconocerá mediante hidróxido de calcio:
 
CO2 + Ca(OH)2 → Ca(CO3) + H2O
Materiales
• Microtubos de ensayo.
• Espatula metálica
• Tubos de desprendimiento
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• Tapones
Reactivos
• Muestra (pulverizada y seca).
• CuO en polvo (sin materia orgánica)
• Solución saturada de Ca(OH)2.
• Cristales de K2Cr2O7.
• H2SO4 concentrado.
Técnica operatoria
Previo al comienzo del ensayo, se debe verificar que la sustancia orgánica no explota con el 
calor; para ello se coloca una pequeña cantidad de la misma sobre una espátula metálica y 
se la calienta con una microllama, lejos de los ojos del operador. Este procedimiento se 
repite, mezclando la muestra con CuO, siguiendo los mismos pasos.
1. Se pulverizan con mucho cuidado 0,2-0,3 gr. de la muestra en un morterito y se 
coloca dentro de un microtubo de ensayo, y luego se le agrega un gramo de CuO 
finamente pulverizado. Con ayuda de la espátula se mezclan íntimamente dentro del 
tubo. 
2. Se calienta el contenido cuidosamente con la llama de un mechero. Los gases 
desprendidos se hacen burbujear en otro microtubo que contenga 1 ml. de solución 
saturada de Ca(OH)2. 
3. La aparición de una turbidez indicará la presencia de CO2.
b) Método por vía húmeda - Procedimiento de Messinger
Fundamento: oxidación del carbono de la sustancia orgánica con una mezcla sulfocrómica 
a 90-100ºC.
Interpretación de la reacción (REDOX)
3 C + 2 K2(Cr2O7) + 8 H2(SO4) → 3 CO2 + 2 Cr2(SO4)3 + 8 H2O + 2 K2(SO4) 
Técnica operatoria
1. En un microtubo de reacción se introducen 0,1-0,2 g de la sustancia muestra bien 
pulverizada y 2-3 de cristales de dicromato de potasio (K2(Cr2O7)). 
2. Se vierten luego 1ml. de ácido sulfúrico concentrado y se conecta el tapón con el 
tubo de desprendimiento y se calienta a suavemente. 
3. El CO2 desprendido se reconoce como en el caso anterior.
Precauciones: Si el calentamiento se hace con llama muy fuerte se podrían desprender 
vapores de H2SO4 ó de SO3, los cuales enmascararían la reacción con el agua de cal.
El H2SO4 deberá estar exento de materia orgánica. Si su color fuese grisáceo o pardo es 
probable su presencia, y no debe utilizarse.
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DETERMINACIÓN DE AZUFRE
Fundamento: reducción del azufre orgánico con Zn a temperatura de pirólisis. Descomposición 
del SZn formado y posterior reconocimiento del H2S. 
Interpretación de la reacción
 
S (orgánico) + Zn → SZn
SZn + 2 HCl → H2S + Cl2Zn
H2S + Pb(CH3COO)2 → SPb + 2 CH3COOH
 ↓
Materiales
• Microtubo de reacción.
• Microespátula.
• Pipeta Pasteur.
• Microtubos de ensayo.
• Tubo de vidrio de 100 x 4 mm. 
Reactivos 
• Muestra orgánica (pulverizada y seca).
• Zn en polvo.
• Pb(CH3COO)2 al 10%.
• NH4OH al 10%.
• HCl al 15%.
Técnica operatoria
1) En el microtubo de reacción se introducen por medio de la microespátula una muy 
pequeña cantidad de la sustancia muestra y a continuación una cantidad de Zn en polvo 
cuyo peso sea de 3-5 veces superior a la muestra. 
2) Se mezclan íntimamente revolviendo con el extremo de la espátula y tomando el microtubo 
con una pinza metálica se procede a calentarlo a la microllama de un mechero por lo 
menos un minuto. 
3) A continuación se calienta en una llama más fuerte hasta llegar al rojo incipiente. Se 
continúa el calentamiento hasta la oxidación del Zn y coloración de las paredes del 
microtubo por el ZnO formado. Esta operación requiere en su totalidad un tiempo de 1-2 
minutos.
4) Se deja enfriar el microtubo, se rompe la masa compacta con el extremo de la espátula, 
sirviendo esta operación también para pulverizarla.
5) Se pasa la mitad del producto a un microtubo de ensayo bien limpio, reservándose la otra 
mitad para cualquier eventualidad.
6) A continuación se prepara el tubo con el algodón reactivo de la siguiente forma: se 
introduce mediante la microespátula una pequeña cantidad de algodón bien limpio hasta 
medio cm del borde del tubo de 100 x 4 mm, de tal modo que forme un taponcito de 2-3 
mm no compacto. Al otro extremo del tubo se adapta un tapón de goma adecuado a la 
boca del microtubo de ensayo. Con una pipeta Pasteur se impregna el algodón por 
capilaridad con una gota de la solución de acetato de plomo.
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Negro
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Se procede de tal modo que la punta de la pipeta no toque las paredes del tubo; 
impregnado el algodón se procede con otra pipeta del mismo tipo y siguiendo el mismo 
procedimiento y precauciones anteriores, a mojar el algodón con una gota de la solución 
de hidróxido de amonio.
7) Si por la falta de precaución o por un exceso de la cantidad de las soluciones utilizadas, las 
paredes tanto internas como externas del tubo se hallan impregnadas del reactivo, se 
eliminan absorbiéndolas con un rollito de papel de filtro.
8) Se procede ahora a hacer la determinación final. Para ello se vierten en el fondo del tubo 
que contiene el producto de la pirólisis, y sin tocar las paredes del mismo, 6-10 gotas de 
una solución de ácido clorhídrico al 15% e inmediatamente se le adapta mediante el tapón 
de goma el tubo de vidrio que contiene el algodón reactivo, de modo que no entre en 
contacto con las paredes del tubo de ensayo y que el algodón quede a una distancia de 1 
cm de la superficie del líquido. 
Es importante que no haya proyecciones que puedan enmascarar la reacción.
9) De haber azufre, casi inmediatamente se colorea de negro el algodón, producto de la 
formación de SPb. Si el contenido de azufre de la muestra utilizada fuese muy pequeño el 
color aparece en 1-2 horas, a veces en 24 horas.
Es necesario tener en cuenta la posible presencia de SH2 en la atmósfera del laboratorio, 
cosa muy frecuente.
10) Se puede acelerar el proceso de desprendimiento del SH2, llevando a baño maría el 
microtubo.
Verificar la pureza de los reactivos es posible, mediante una prueba en blanco. Esta consiste 
en repetir la operación según la técnica indicada, con todos los reactivos a utilizar, sin colocar la 
sustancia orgánica. 
En primer lugar se realiza la prueba con todos los reactivos en conjunto y si da positiva, indica que 
uno o más de ellos está impurificado, entonces la prueba se verificará para cada reactivo por 
separado.
Dispositivo para la determinaciónde azufre
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Tubo de 100 x 4 mm.
Microtubo de ensayo.
Tapón de goma.
Algodón impregnado 
en acetato de 
plomo.
Producto de la pirolisis 
con HCl al 15 %.
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DETERMINACIÓN DE NITRÓGENO (VÍA SECA)
Fundamento: pirólisis de la materia orgánica en presencia de Ca(OH)2 y la transformación del 
nitrógeno en NH3.
Interpretación de la reacción (REDOX)
3 C + 4 N + 3 Ca(OH)2 + 3 H2O → 3 CaCO3 + 4 NH3
Si el N estuviera formando parte de una función con oxígeno como en los grupos: -NO, -NO2 etc. 
el Zn en polvo actúa como reductor.
-NO2 + 2 Zn → 2 ZnO + N
Materiales
• Tubos de reacción de 150 x 4 mm.
• Fibras de algodón.
• Microespátula.
Reactivos
• Ca(OH)2 en polvo.
• Papel de tornasol.
• Zn en polvo.
Técnica operatoria
1) Antes de comenzar con el ensayo, sería recomendable proceder al lavado del tubo de 
reacción de paredes resistentes. Tal lavado se efectuara en dos etapas; primero con agua 
destilada, dejando escurrir bien y luego volviendo a lavar con acetona para eliminar 
cualquier vestigio de amoníaco que pueda existir en el tubo, principalmente por estar en 
contacto con las mesas de laboratorio y las manos del operador, en las cuales se 
presentan frecuentemente residuos de sales de amonio. Se seca en la estufa en pocos 
minutos. Esta operación no se realizará, pero se incluye a modo ilustrativo.
2) Se introducen las fibras de algodón por medio de la microespátula hasta más allá de la 
mitad del tubo formando un tarugo NO MUY APRETADO de unos 8 mm. capaz de filtrar 
los gases desprendidos y que no se desplace por la presión de los mismos.
3) A continuación y del mismo modo, se dispone una capa de Ca(OH)2 en polvo, de igual 
espesor, seguida de una segunda capa de fibras de algodón, teniendo en este caso un 
espesor de 3-4 mm. Separada de esta última, a una distancia de más o menos 5 mm., se 
coloca cuidadosamente con una espátula un poco de Ca(OH)2 con la cantidad indicada de 
muestra orgánica (aproximadamente 0,01 g), un pequeño exceso de Zn y se mezclan 
cuidadosamente.
4) Se cierra el tubo a la llama por ese extremo, fundiéndolo y cortándolo por estiramiento, 
asegurándose de este modo un cierre perfecto. Se procede con cuidado para no calentar 
y descomponer la mezcla. 
5) En el extremo abierto se ubica el papel de tornasol rojo en forma de triángulo alargado, 
humedecido con agua destilada y secado entre papeles de filtro. Se dispone de tal modo 
que la punta del mismo se dirija hacia el interior del tubo y la base se adhiera con firmeza 
cerca de su borde; el objeto es que en su mayor parte no toque sus paredes.
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6) Dispuesto así todo, se calienta el tubo en posición horizontal, con una microllama, 
comenzando por la zona ocupada por el tapón de algodón de 8 mm. y luego el Ca(OH)2, 
ambos a la temperatura de un rojo suave. 
7) Posteriormente se lleva a la microllama la zona donde está la mezcla. El amoníaco 
desprendido se fija en el papel reactivo y lo azulea.
 
Dispositivo para la determinación de Nitrógeno por vía seca
 
DETERMINACIÓN DE FÓSFORO
Consideraciones generales: el fósforo puede encontrarse en combinaciones orgánicas bajo 
formas que no permiten determinarlo directamente mediante reactivos propios de sus aniones 
más conocidos. Por ello, para caracterizarlo bajo esas condiciones, se emplean agentes oxidantes 
que permiten llevarlo al estado de PO43-.
Fundamento: oxidación con mezcla oxidante fundente.
Interpretación de la reacción (REDOX)
6 K2CO3 + 3 H2O + 2 P + 5 KNO3 → 6 HKCO3 + 5 KNO2 + 2 K3PO4
Materiales 
• Crisol.
• Microtubos de ensayo.
• Vaso de precipitado.
• Tornasol. 
• Equipo para filtrar.
• Baño de hielo.
Reactivos
• Mezcla oxidante fundente.
• Sustancia muestra.
• Solución de HCl al 10 %.
• NH4OH concentrado.
• Reactivo magnesiano.
• Reactivo nitromolibdico.
• Solución de HNO3 al 10 %.
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Zona de corte por 
fusión y estiramiento.
Tubo de vidrio.
Fibras de algodón.
Zona de 
introducción de los 
reactivos.
Ca(OH)2 en polvo.
Papel de tornasol.
Mezcla de la muestra con 
Ca(OH)2 y Zn en polvo. Fibras de algodón.
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• Solución de AgNO3 al 5 %.
• Solución de NH4NO3 al 10 %.
Técnica operatoria
1) Se colocan en un crisol bien limpio 0,1-0,3 g. de la muestra, luego se le agregan 8-10 
partes en peso de la mezcla oxidante-fundente y se calienta con suavidad hasta fusión 
tranquila de la mezcla. 
Se mantiene en este estado durante 10 minutos. Se retira y se deja enfriar revolviendo con 
una varilla de vidrio evitando así que se forme una masa compacta y dura difícil de tratar 
con posterioridad. 
2) Cuando la temperatura del crisol ha bajado hasta los 100ºC aproximadamente, se le 
vierten con precaución 4-5 ml de agua destilada bien caliente y se sigue revolviendo la 
masa con la misma varilla hasta la disolución total (o casi total).
3) Se pasa la suspensión a un vaso de precipitado y se calienta a ebullición, revolviendo con 
la misma varilla usada anteriormente, pues ésta suele tener adherida producto solidificado 
de la reacción y es necesario que se disuelva totalmente. Se puede ayudar a su 
desprendimiento frotándola contra las paredes del vaso.
4) Se filtra en caliente lo más rápidamente posible cuidando que al enfriarse la solución no 
cristalice y queden en el filtro algo de los fosfatos obtenidos. Se lava el vaso con un ml de 
agua destilada caliente, filtrando el agua de lavado y recibiéndola con la solución anterior.
5) Se deja enfriar el filtrado y si aparecen cristales, se agrega suficiente cantidad de agua 
destilada fría hasta su disolución total. 
Se divide la solución en tres partes, guardándose una como reserva.
6) Se acidula una de ellas con la solución de HCl al 10 %, mediante el agregado gota a gota 
hasta viraje del tornasol. Se filtra si fuese necesario. 
Se toma una parte del líquido y se le agrega un volumen igual de reactivo magnesiano, se 
alcaliniza con la solución de hidróxido de amonio concentrada y se agita. Si no se observa 
la presencia de un precipitado en pocos minutos, se llevará el tubo a un baño de hielo y si 
aún así no se visualiza precipitado pasados 10-15 minutos, se frotarán las paredes del 
tubo. 
Se deja el mismo dentro de un baño de hielo y al cabo de pocos minutos aparecerá un 
precipitado blanco microcristalino de fosfato amónico magnésico (Mg(NH4)PO4.6H2O).
Interpretación de la reacción
PO43- + Mg2+ + NH4 → Mg(NH4)PO4.6H2O
7) A continuación se lava el precipitado dentro del papel de filtro con agua destilada hasta 
reacción neutra al tornasol rojo, dejando escurrir bien después de cada lavado. Sobre ese 
precipitado se dejan caer un par de gotas de la solución de nitrato de plata al 5 % 
mediante una pipeta. Ante la presencia de fosfatos el precipitado (Ag3(PO4)) tomará un 
color amarillo.
Mg(NH4)PO4 + 3 Ag(NO3) → Mg(NO3)2 + (NH4)NO3 + Ag3(PO4)
 ↓ 
El mismo procedimiento se realiza para determinar arsénico. Los arseniatos dan un precipitado 
semejante con el reactivo magnesiano, pero con el agregado de nitrato de plata, se forma 
arseniato de plata (Ag3(AsO4)) de color pardo chocolate. 
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Amarillo
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8) A otra alícuota contenida en otro tubo de ensayo, se la acidifica cuidadosamente con la 
solución de HNO3 diluida hasta virajedel papel de tornasol. Se le agrega el doble de su 
volumen de reactivo nitromolíbdico (debe haber un exceso, en realidad sería mejor utilizar 
un volumen diez veces mayor), y si la concentración de los fosfatos no es muy pequeña, 
aparecerá casi de inmediato un precipitado amarillo cristalino. 
En caso contrario se acelerará su formación calentando a 40ºC, previo agregado de una 
solución de nitrato de amonio al 10%. 
Precauciones: el precipitado microcristalino amarillo es soluble en exceso de H3PO4, en 
soluciones de fosfatos ácidos de metales alcalinos, y también en soluciones de hidróxidos 
alcalinos y de amonio.
Interpretación de la reacción
Na2PO4H + 12 MoO4(NH4)2 + 23 HNO3 → PO4(NH4)3(MoO3)12 + 2 NaNO3 + 21 NH4 NO3 + 12 H2O
Los arseniatos dan también esta reacción pero a temperatura de ebullición. Se pueden 
diferenciar ambos precipitados lavándolos previamente hasta la eliminación total del ácido y 
tratándolos con solución de acetato de amonio al 10 % en caliente hasta ebullición. El de 
fosfomolibdato se disuelve y el de arsenomolibdato da un precipitado blanco al enfriarse.
OBSERVACION: aquellas reacciones identificadas como REDOX deberán ser desarrolladas y 
estudiadas por los alumnos empleando alguno de los métodos de ajuste de ecuaciones de 
oxidación-reducción conocidos. Las mismas pueden ser solicitadas al momento de evaluar la 
materia.
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