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3 years ago

How to identify an unknown substance chemistry?

1 answer:

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Uno de los retos más excitantes que enfrentan químicos e ingenieros químicos es la identificación de los compuestos orgánicos. Hasta la fecha se han preparado o aislado aproximadamente cinco millones de compuestos orgánicos. En este experimento se utilizarán las pruebas básicas de ignición, de solubilidad y químicas, que pueden usarse para identificar los principales grupos funcionales. Estos grupos incluyen alcanos, alquenos, halogenuros de alquilo y arilo, alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, derivados de ácidos y aminas. Al llevar a cabo el análisis de un compuesto desconocido se debe seguir un enfoque sistemático. Una secuencia posible es la siguiente:Pruebas para propiedades físicas
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Anotar en la libreta las características físicas de su muestra. Incluir estado físico, color, olor, otros. Ya que la mayoría de los compuestos orgánicos no tienen color, esta característica puede ser un dato importante para la identificación de la muestra. Sin embargo, se debe interpretar con precaución, pues la presencia de pequeñas cantidades de impurezas puede colorear una muestra.
SOLUBILIDADLas pruebas de solubilidad ayudan a determinar el grupo funcional que puede tener el desconocido. Información importante que se debe considerar:
ü Compuestos que contienen cuatro (4) o menos carbonos y también contienen oxigeno, nitrógeno o azufre son solubles en agua.ü Si el compuesto es soluble en una solución 5 % HCl, existe una alta probabilidad de que el desconocido es una amina.ü Compuestos que se disuelven en bicarbonato de sodio son ácidos fuertes.ü Compuestos que se disuelven en NaOH son ácidos débiles.ü Alcoholes, aldehídos y cetonas, incluidos en este experimento, son solubles en ácido sulfúrico concentrado.
Las determinaciones de solubilidad se deben llevar a cabo a temperatura ambiente en tubos de ensaye pequeños.Para hacer las pruebas, coloque 15 mg de muestra en un tubo de ensaye y añada, con una pipeta beral, 0.5 mL del solvente que se está probando, dividiéndolo en tres porciones. Después de añadir cada porción, agite la muestra vigorosamente con una varilla de vidrio por 1-2 minutos.Al realizar las pruebas de solubilidad, siga el siguiente esquema. 

https://www.youtube.com/watch?v=p5X67Rpn4Xk

PUNTO DE FUSIÓNCaliente los reactivos por separado hasta llegar al punto de ebullición y con el termómetro ver cuál es su temperatura.Los compuestos orgánicos presentan puntos de ebullición más bajos que los compuestos inorgánicos y eso también la diferencia.Ü Si el compuesto está en estado líquido, se determina su punto de ebullición mediante el siguiente procedimiento:1. La muestra se pone en un pequeño tubo (4 x 0.5 cm) que contiene un tubo sellado e invertido.2. Sujetar el tubo con termómetro con una rueda de hule cortada de una manguera.3. El termómetro se pone, sujetando con una pinza, y un vaso de precipitados de 10 ml conteniendo aceite mineral. La muestra debe quedar sumergida en el aceite pero este no debe tocar la liga.4. Se calienta lentamente con parrilla.5. El punto de la ebullición es la temperatura en la venta que la venta un rosario de las burbujas de aire del capilar, mejor aún, la temperatura a la que salen las últimas burbujas y entra líquido al capilar cuando se suspende el calentamiento.
Ü Si su muestra desconocida es una sustancia sólida, determine su punto de fusión en un aparato de Fisher-Jones.

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1) ΔH is negative because that is combustion reaction and heat is released, enthalpy of combustion is -2877.5 kJ/mol.
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3) ΔG = ΔH - TΔS.
ΔG = -2877.5 kJ/mol - 298 K · 310.23 J/mol·K.
ΔG = -2969.95 kJ/mol.

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The chemical equation for the combustion of hydrocarbon having carbon, hydrogen and oxygen follows:

$C_xH_yO_z+O_2\rightarrow CO_2+H_2O$

where, 'x', 'y' and 'z' are the subscripts of Carbon, hydrogen and oxygen respectively.

We are given:

Mass of $CO_2=0.784g$

Mass of $H_2O=1.92g$

We know that:

Molar mass of carbon dioxide = 44 g/mol

Molar mass of water = 18 g/mol

For calculating the mass of carbon:

In 44 g of carbon dioxide, 12 g of carbon is contained.

So, in 0.784 g of carbon dioxide, $\frac{12}{44}\times 0.784=0.214g$ of carbon will be contained.

For calculating the mass of hydrogen:

In 18 g of water, 2 g of hydrogen is contained.

So, in 1.92 g of water, $\frac{2}{18}\times 1.92=0.213g$ of hydrogen will be contained.

Mass of oxygen in the compound = (0.844) - (0.214 + 0.213) = 0.417 g

To formulate the empirical formula, we need to follow some steps:

Step 1: Converting the given masses into moles.

Moles of Carbon = $\frac{\text{Given mass of Carbon}}{\text{Molar mass of Carbon}}=\frac{0.214g}{12g/mole}=0.0134moles$

Moles of Hydrogen = $\frac{\text{Given mass of Hydrogen}}{\text{Molar mass of Hydrogen}}=\frac{0.213g}{1g/mole}=0.213moles$

Moles of Oxygen = $\frac{\text{Given mass of oxygen}}{\text{Molar mass of oxygen}}=\frac{0.417g}{16g/mole}=0.0261moles$

Step 2: Calculating the mole ratio of the given elements.

For the mole ratio, we divide each value of the moles by the smallest number of moles calculated which is 0.0134 moles.

For Carbon = $\frac{0.0134}{0.0134}=1$

For Hydrogen = $\frac{0.213}{0.0134}=15.89\approx 16$

For Oxygen = $\frac{0.0261}{0.0134}=1.95\approx 2$

Step 3: Taking the mole ratio as their subscripts.

The ratio of C : H : O = 1 : 16 : 2

The empirical formula for the given compound is $CH_{16}O_2$

For determining the molecular formula, we need to determine the valency which is multiplied by each element to get the molecular formula.

The equation used to calculate the valency is:

$n=\frac{\text{Molecular mass}}{\text{Empirical mass}}$

We are given:

Mass of molecular formula = 116.2 g/mol

Mass of empirical formula = 60 g/mol

Putting values in above equation, we get:

$n=\frac{116.2g/mol}{60g/mol}=1.94\approx 2$

Multiplying this valency by the subscript of every element of empirical formula, we get:

$C_{(1\times 2)}H_{(16\times 2)}O_{(2\times 2)}=C_2H_{32}O_4$

Hence, the molecular formula for the given organic compound is $C_2H_{32}O_4$

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Best regards.

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