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Grao en Bioloxía
PROGRAMA DE PRÁCTICAS DE
QUÍMICA PARA BIOLOXÍA
CURSO 2016-
Facultade de Química. Laboratorio sótano.
PRÁCTICA 1.1 Normas de seguridad. Etiquetado de reactivos químicos. Material de
laboratorio.
PRÁCTICA 1.2 Reacciones de precipitación. Filtración a vacío.
PRÁCTICA 2.1 Preparación de disoluciones.
PRÁCTICA 2.2 Extracción líquido-líquido.
PRÁCTICA 3.1 Destilación. Determinación del grado alcohólico.
PRÁCTICA 3.2 Cristalización. Punto de fusión.
PRÁCTICA 4.1 Técnicas cromatográficas. Cromatografía en papel, cromatografía en capa
fina y cromatografía en columna.
PRÁCTICA 5.1 Preparación de biodiesel.
PRÁCTICA 5.2 Saponificación de ésteres: preparación de un jabón.
PRÁCTICA 1. NORMAS DE SEGURIDAD. ETIQUETADO DE REACTIVOS QUÍMICOS. MATERIAL DE LABORATORIO
Normas de seguridad
Lee el documento “Normas de seguridad en los laboratorios de prácticas” en la página web. Recuerda las principales medidas de seguridad: Cuida tus ojos: Obligatorio el uso de gafas de seguridad; nunca usar lentes de contacto. En caso de incidente, la primera reacción debe ser acudir al lavaojos y lavarse con agua abundante, manteniendo los párpados abiertos con los dedos. Vestimenta: Bata de laboratorio; el pelo recogido. Evitar pulseras, colgantes o mangas anchas. No usar piercings, especialmente en la lengua o los labios. Trabaja con seguridad: Usa guantes; trabaja con orden; actúa con responsabilidad. Debes conocer la localización de los extintores, mantas ignífugas y lavaojos. Higiene: No comer ni beber; lavarse las manos después de cada experimento; no fumar; no oler, inhalar o probar productos químicos. Manipulación de reactivos: leer la etiqueta detenidamente antes de su uso; no pipetear con la boca; sujetar las botellas por el fondo; evitar el contacto con la piel. Nunca abandonar un experimento sin permiso del profesor.
Etiquetado de reactivos químicos
Las botellas de reactivos contienen en su etiqueta pictogramas y frases R (riesgos) y S (consejos de seguridad) que informan sobre su peligrosidad, uso correcto y medidas a tomar en caso de contacto, ingestión, inhalación, etc. Los pictogramas son negros sobre fondo rojo-anaranjado, y los más comunes son:
Material de laboratorio. Reconocimiento y manejo
MATERIAL DE VIDRIO El material de vidrio más usual en el laboratorio es el que a continuación se indica: Desecador Caja petri Matraz de fondo redondo Matraz erlenmeyer, recipiente troncocónico en el que se pueden disolver solutos, calentar disoluciones, etc. En algunos casos aparece con graduaciones que sólo son aproximadas. Vaso de precipitados Vidrio de reloj, de forma cóncava, se emplea como soporte de los sólidos para su pesada. Tubo de ensayo, utilizado para la realización de pequeñas pruebas en el laboratorio. Embudo, para trasvasar líquidos o disoluciones de un matraz a otro. Embudo de decantación, sirve para separar dos o más líquidos no miscibles. Kitasato, similar al erlenmeyer, pero con una salida lateral próxima al cuello. Se utiliza para filtraciones por succión, previa conexión a un sistema de vacío (trompa de agua). Matraz aforado, se utiliza para medir volúmenes con gran precisión. Su enrase debe hacerse con cuidado procurando que el menisco sea tangente a la señal del aforo. Refrigerante recto, de serpentín o de bolas. Termómetro, utilizado para medir temperatura, no debe ser utilizado nunca como agitador. Bureta, utilizada para medir volúmenes con exactitud. Pipeta, utilizada para medir volúmenes pequeños con gran precisión. Existen varios tipos de pipetas: graduadas, para varios volúmenes; un solo aforo, para un solo volumen comprendido entre el aforo y la punta de la pipeta; doble aforo, también para un solo volumen comprendido entre los mismos. Probeta, para medida de volúmenes. Su precisión es aceptable, aunque inferior a la de la pipeta. No se debe emplear para hacer disoluciones o mezclas. Piezas para destilación: Cabeza de destilación Macho guía para termómetro Tubo acodado, para destilación a presión atmosférica
Material de vidrio esmerilado, que permite ajustar distintas piezas gracias a la estandarización de las bocas de las mismas. En algunos casos se pretende hacer el cierre lo más hermético posible, para ello es conveniente que se lubrique con grasa para esmerilado. MATERIAL CERÁMICO Puede ser de cuarzo o porcelana. Las porcelanas son más resistentes a calentamiento prolongado y a temperaturas más elevadas. Con porcelana se fabrican:
Navecillas Placa de gotas Mortero y mano Crisol Cápsula no debe colocarse nunca una cápsula caliente sobre una superficie fría. Calentar y enfriar siempre lentamente para evitar su rotura. Embudo Büchner embudo con placa filtrante de agujeros grandes por lo que para su uso se necesita papel de filtro que debe tener un diámetro ligeramente inferior al interior del embudo. Se emplea unido al kitasato para filtrar por succión a vacío. MATERIAL DE PLÁSTICO Está constituido a base de productos artificiales de polimerización. Entre los más utilizados están el polietileno y el polipropileno. Con estos materiales se fabrican vasos de precipitados, erlenmeyers, matraces aforados, kitasatos, frascos lavadores, trompas de agua, etc. MATERIAL METÁLICO Soporte Aro Nuez Gradilla Pinza Espátula
PRÁCTICA 2.1 PREPARACIÓN DE DISOLUCIONES
Una disolución es una mezcla homogénea de composición variable formada por uno o más solutos sólidos o líquidos y un disolvente líquido generalmente agua que está en mayor cantidad. Las disoluciones pueden clasificarse genéricamente en:
- Diluidas en las que el soluto está en pequeña cantidad
- Concentradas en las que la cantidad de soluto es apreciable con respecto al total
- Saturadas que contienen la máxima cantidad de soluto a esa temperatura
- Sobresaturadas en las cuales la cantidad de soluto sobrepasa el valor de la saturación. PARTE EXPERIMENTAL 1.- Preparación de 50 mL de una disolución acuosa de CuSO4 0.1 M
Calcule los gramos necesarios de sulfato de cobre pentahidratado teniendo en cuenta el estado de hidratación del mismo (número de moléculas de agua que contiene la fórmula que vienen indicadas en el frasco del reactivo). Pese la cantidad apropiada sobre papel en la balanza. Transfiera el sólido pesado a un vaso de precipitados. Añada entre 10 y 15 mL de agua y agite la mezcla hasta su completa disolución. Pese el matraz aforado de 50 mL vacío y anote el peso. Trasvase la disolución del vaso de precipitados al matraz aforado. Lave varias veces el vaso de precipitados con pequeñas porciones de agua y adicione estas aguas de lavado al matraz aforado. Añada agua al matraz aforado hasta alcanzar aproximadamente la mitad del cuello del matraz. Enrase hasta la marca añadiendo las últimas gotas con ayuda de una pipeta. Tape el matraz e inviértalo dos o tres veces para homogeneizar la disolución. Pese el matraz con la disolución y anote el peso para hacer los cálculos correspondientes. Recicle la disolución en el recipiente indicado. 2.- Preparación de 50 mL de una disolución acuosa 1 M de ácido clorhídrico Prepárela a partir de una disolución de ácido clorhídrico 10% (densidad 1.05 g/mL). Mida con ayuda de una pipeta provista de dosificador (en la vitrina y con precaución) el volumen de ácido clorhídrico 10% necesario, que previamente haya calculado y échelo en un erlenmeyer en el que habrá depositado con anterioridad entre 10 y 15 mL de agua. Trasváselo al matraz aforado y enrase hasta 50 mL siguiendo el procedimiento indicado anteriormente. Recicle la disolución en el recipiente indicado.
PRÁCTICA 2.2 EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO.
La extracción líquido-líquido es una técnica de separación de sustancias basada en la diferente solubilidad de un compuesto en dos disolventes inmiscibles (generalmente agua y un disolvente orgánico). A) Extracción del violeta cristal. Se miden 20 mL de disolución de violeta cristal en agua y se introducen en un embudo de decantación de 100 mL. Se añaden al embudo 15-20 mL de diclorometano y se agita, abriendo la llave para permitir la salida de los gases que se producen. Se coloca el embudo en el aro, se destapa y se deja reposar hasta que se separen las dos fases, se recoge la fase orgánica en un matraz erlenmeyer de 100 mL. La fase acuosa se extrae de nuevo con 10-15 mL de CH 2 Cl 2 , recogiendo la fase orgánica en el mismo matraz que la anterior. Debería observarse que lo que la fase acuosa queda incolora. Si todavía se aprecia el color del violeta cristal en la fase acuosa se hace una tercera extracción con 10-15 mL de CH 2 Cl 2. Desechar la fase acuosa y reciclar la disolución de violeta cristal en el recipiente indicado. B) Extracción de la cafeína de un refresco de cola. La cafeína es un alcaloide bicíclico del grupo de las xantinas (a la que también pertenecen la teofilina del té o la teobromina del cacao) de fórmula molecular C 8 H 10 N 4 O 2. Su consumo tiene efectos estimulantes sobre el sistema nervioso autónomo (estimula el estado de vigilia y la resistencia al cansancio) y sobre el corazón (provoca vasodilatación). Su abuso produce arritmia cardíaca, insomnio y dolor de cabeza. La cafeína se encuentra en la Naturaleza en los frutos de la planta de café, en las hojas de té, en el mate, y en la nuez de cola, de los que se puede extraer. Procedimiento experimental: Verter aproximadamente 50mL de una bebida de cola en un erlenmeyer y agitarlo para eliminar la mayor cantidad de gas posible. Medir unos 30-40 mL de diclorometano en un vaso de precipitados. Colocar la cola desgasada en un embudo de decantación de 100mL y extraer con unos 10-15 mL de diclorometano, agitando en principio con cuidado (abriendo la llave del embudo para eliminar la sobrepresión) y luego más vigorosamente. Dejar reposar y separar la fase orgánica a un erlenmeyer de 100 mL. Repetir la extracción con diclorometano dos veces más, recogiendo todas las fases orgánicas en el mismo erlenmeyer. Secar la fase orgánica ya separada añadiéndole un poco de Na 2 SO 4 anhidro hasta que no se observen a simple vista restos de fase acuosa. Filtrar por gravedad (filtro de pliegues o algodón) a un matraz de fondo redondo bien seco y previamente pesado y finalmente eliminar el diclorometano por evaporación en el rotavapor. Pesar el matraz y calcular el peso de cafeína por diferencia.
PRÁCTICA 3.2. RECRISTALIZACIÓN. PUNTO DE FUSIÓN
Recristalización de la acetanilida La recristalización es una técnica de purificación de sustancias basada en la solubilización de un compuesto en un disolvente en el que es poco soluble (calentando) y su cristalización cuando la disolución se enfría. Aunque está exclusivamente limitada a la purificación de sólidos cristalinos, es de amplio uso dada su facilidad experimental, bajo coste y los excelentes resultados que se obtienen. PARTE EXPERIMENTAL. En esta práctica vamos a purificar acetanilida por recristalización a partir de muestra impura.
Se pesan 2 g de acetanilida impura en un vidrio de reloj y se introducen en un matraz de fondo redondo de 50 mL. Se miden 20 mL de agua en una probeta y se añaden al matraz con la acetanilida. Se coloca un montaje de reflujo (como el de la figura) y se refluye la mezcla hasta disolución. La disolución caliente se debe filtrar de tal forma que no cristalice nada de soluto ni en el papel de filtro (filtro de pliegues) ni en el embudo. Para ello se requiere una filtración rápida con calentamiento previo del embudo: calentar unos 20 mL de agua y verterlos sobre el embudo y el filtro; vaciar luego el erlenmeyer. El matraz erlenmeyer, con la disolución filtrada, se enfría en un baño de agua/hielo (vaso de precipitados de 250 mL), apareciendo los cristales de acetanilida que se filtran a vacío y se pesan una vez secos.
Punto de fusión Siguiendo las instrucciones del profesor, determinar el punto de fusión del material de partida de la cristalización (acetanilida impura) y de la obtenida en la práctica.
Recicle la acetanilida en el recipiente indicado.
PRÁCTICA 4 TÉCNICAS CROMATOGRÁFICAS
El objetivo de la siguiente práctica es la separación de sustancias mediante cromatografía, es decir basándonos en la diferente afinidad que presenta una sustancia o una mezcla de ellas entre una fase fija adsorbente (estacionaria) y una fase móvil eluyente. Se trata de una de las técnicas de purificación de sustancias más empleadas.
PARTE EXPERIMENTAL A) Cromatografía en columna (naranja de metilo y azul de metileno) En el interior de una columna cromatográfica se introduce un pequeño trozo de algodón que se ajusta al fondo de la columna con la ayuda de una barra de vidrio. A continuación se añaden 10 g de alúmina (aprox. 20 mL de alúmina medidos en un vaso de precipitados de 100 mL) a través de un embudo de plástico. Cuando ésta se haya depositado en el fondo de la columna se añaden 50 mL de metanol (medidos en el vaso de precipitados de 100 mL) por las paredes interiores de la columna para arrastrar los restos de alúmina. La columna se compacta ejerciendo presión con una pera de goma y el eluyente se recoge en el vaso de precipitados de 100 mL. Durante esta operación y las siguientes debe evitarse que la fase estacionaria se seque. Una vez compactada la columna y cuando el nivel de metanol se encuentre a aproximadamente 1 mm de la superficie de la alúmina, se añade cuidadosamente con una pipeta Pasteur 1 mL de una disolución de naranja de metilo y azul de metileno en metanol (la disolución tiene color verde). Una vez la disolución haya sido adsorbida por la alúmina las paredes interiores de la columna se lavan con pequeñas porciones de metanol, repitiendo la operación hasta que toda la muestra haya sido adsorbida por la alúmina. Posteriormente, se añade una pequeña cantidad de arena (0.3 cm de altura) sobre el lecho de alúmina y se eluye con metanol recogiendo en un Erlenmeyer de 100 mL. Una vez separado el primer componente de la mezcla se eluye la columna con una disolución acuosa de hidróxido sódico 1% y se recoge el segundo componente en otro recipiente (erlenmeyer o vaso de precipitados). Recicle las disoluciones y la alúmina en los recipientes indicados.
- Usando una moneda, presionar firmemente y desplazarla a lo largo de la regla y sobre la hoja de espinaca para que quede bien marcada una línea verde sobre el papel. Separación de pigmentos: Se coloca el papel en un vaso de precipitados que contendrá el eluyente (hexano:acetona, 9:1), de manera que no toque la línea verde, taparlo y dejarlo unos min. Observar el eluyente y la separación de bandas coloreadas. Cuando el eluyente está a aprox. 1 cm del borde superior, se retira del vaso y se marca con un lápiz el frente del disolvente. Se deja secar en una vitrina y se mide el Rf de las distintas bandas. Al observar el papel donde hemos hecho la cromatografía, veremos cuatro bandas o zonas, que corresponden a los distintos pigmentos fotosintéticos presentes en las hojas de espinaca: clorofila b, clorofila a, xantofila y carotenos.
ALGO MÁS SOBRE CROMATOGRAFÍA EN CAPA FINA (CCF)
(Thin-Layer Chromatography, TLC) La cromatografía en capa fina es una técnica analítica sencilla, sensible, rápida y económica. Generalmente es una medida cualitativa de la composición de una mezcla. Entre sus usos más comunes destacan:
- la determinación del número de componentes de una mezcla,
- la determinación de la identidad de los compuestos de una mezcla
- monitorizar el progreso de una reacción química
- comprobar la eficiencia de un proceso de purificación químico
- determinar las condiciones apropiadas para una separación por cromatografía en columna
- monitorizar una columna cromatográfica En la cromatografía en capa fina, un adsorbente está depositado formando una delgada capa sobre una placa de vidrio, papel de aluminio u otros materiales, por la que ascienden, arrastradas por un disolvente (eluyente), una o más sustancias que se pretenden separar o identificar. Por lo tanto, se distingue una fase sólida (fase estacionaria) y una fase líquida (fase móvil o eluyente). Los sólidos más utilizados son gel de sílice (SiO 2 x H 2 O) y alúmina (Al 2 O 3 x H 2 O). Los dos adsorbentes son polares aunque la alúmina es un poco más. La sílica es ácida y la alúmina se puede encontrar en forma ácida, básica o neutra.
El factor de retención o Rf se define como la distancia recorrida por el compuesto dividida por la distancia recorrida por el disolvente.
En el ejemplo de la figura superior, el un compuesto se mueve 2.0 cm y el frente del disolvente 3.3 cm, entonces Rf = 2.0/3.3 = 0.61. El Rf de un compuesto es constante siempre que se mantengan las mismas condiciones de cromatografía: adsorbente, eluyente, cantidad de muestra y temperatura. Como es difícil de mantenerlos se habla de valores relativos de Rf.
PRÁCTICA 5.2. SAPONIFICACIÓN DE ÉSTERES: PREPARACIÓN DE UN JABÓN
Las grasas (sólidos) y aceites (líquidos) son ésteres de ácidos grasos (ácidos carboxílicos de cadena larga, C 12 a C 22 ) con la glicerina. Por calentamiento de estos ésteres con una base como hidróxido sódico o potásico se produce su hidrólisis dando lugar a la glicerina y las sales (sódica o potásica) de los ácidos grasos, que es lo que constituye el jabón (este proceso se denomina saponificación). Los ácidos grasos en sí son insolubles en agua, pero no así sus sales (jabón). En la estructura de los jabones existe una parte polar, hidrófila (es una sal, lo que le confiere solubilidad en agua) y otra apolar, lipófila (la cadena del ácido graso); en presencia de una gota de grasa (apolar) las moléculas de jabón orientan su parte apolar hacia dicha gota, quedando la parte polar en contacto con el agua. Se forma así un agregado que se denomina micela que hace posible la solubilización de la grasa. No obstante los jabones pierden eficacia en aguas duras (aquellas con elevada concentración de iones calcio o magnesio) debido a la baja solubilidad de los carboxilatos cálcicos y magnésicos, lo que provoca su precipitación.
CH 2 CH CH 2
R 2 C O R 3 C O
R 1 C O O
O
O
3 NaOH
CH 2 CH CH 2
HO HO
HO
Glicerina Jabones
Grasas o aceites
R 2 C O –^ Na +
R 3 C O –^ Na +
R 1 C O –^ Na + O
O
O
PARTE EXPERIMENTAL.
En un matraz de fondo redondo de 100 mL se introducen 2 g (2.1 mL) de aceite de oliva, 3 mL de NaOH 5,0 M y 5 mL de etanol. La mezcla se somete a calentamiento a reflujo durante 30 minutos para completar la saponificación. A continuación, sin levantar el matraz del baño, se retira el refrigerante y se mantiene el calentamiento durante 4 o 5 min para evaporar el etanol (retirar el matraz del baño cuando se observe aparición de burbujas en la mezcla). El residuo resultante se añade sobre una disolución de 3 g de sal común en 12 mL de agua. Se deja enfriar la mezcla en un baño de hielo y se observa la separación de dos capas: cuando el jabón que forma la parte superior adquiere consistencia, se filtra a vacío, se deja secar y se pesa. Determine el pH del jabón a partir de la disolución anterior usando papel indicador. Disuelva una pequeña cantidad de jabón en agua en un tubo de ensayo. Agite hasta la aparición de espuma. Posteriormente añada una disolución de cloruro cálcico 0.5 M gota a gota y agite vigorosamente. Anote las observaciones. Disuelva una pequeña cantidad de jabón en agua en un tubo de ensayo. Agite hasta la aparición de espuma. Añada ácido clorhídrico 10% gota a gota y agitar vigorosamente. Anote las observaciones.
CUESTIONES PRÁCTICA 1.1 Alumno.............................................................................
- Explica qué entiendes por material de vidrio aforado y material esmerilado
- ¿Para qué se utiliza un rotavapor?
- Identifica los siguientes pictogramas:
- ¿En qué situaciones se utiliza una destilación simple, fraccionada o a vacío?
- ¿Qué diferencia existe entre la extracción simple y la múltiple?
CUESTIONES PRÁCTICA 2.1 Alumno.............................................................................
Disolución 1:
- Calcule los gramos necesarios de CuSO4 pentahidratado para preparar la disolución.
- Exprese la concentración de la disolución de sulfato de cobre inicialmente preparada en las formas indicadas: Molaridad. Molalidad. Tanto por ciento en peso. Fracción molar.
Disolución 2
Calcule el volumen de HCl 10% necesario para preparar 50 mL de una disolución 1 M.
CUESTIONES PRÁCTICA 2.2 Alumno.............................................................................
- ¿En qué disolvente es más soluble el violeta cristal?; ¿por qué?
- Si cuando se está extrayendo una disolución acuosa con un disolvente orgánico uno no está seguro de cuál es la fase orgánica, ¿cómo se puede averiguar rápidamente?
- En la extracción de la cafeína por qué se trata la disolución orgánica con sulfato sódico anhidro.
- En la extracción de una disolución acuosa con uno de los siguientes disolventes orgánicos ¿Dónde permanecerá normalmente el disolvente orgánico (fase orgánica) con respecto al agua? Éter etílico d=0.708 g/mL Cloroformo d=1.492 g/mL Hexano d=0.659 g/mL
