PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE LOS ÁCIDOS CARBOXÍLICOS OBJETIVOS

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PRÁCTICA No. 11. PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE LOS ÁCIDOS CARBOXÍLICOS OBJETIVOS

• Reconocer algunas de las propiedades físicas y químicas de los ácidos carboxílicos
• Determinar el equivalente de neutralización de un ácido carboxílico y con ello identificar al ácido carboxílico de la muestra problema.

INTRODUCCIÓN

Los ácidos carboxílicos son compuestos cuyo grupo carboxilo o grupo carboxi (–COOH), en el que coinciden sobre el mismo carbono un grupo hidroxilo (-OH) y carbonilo (-C=O). Se puede representar como -COOH o -CO2H.

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS ÁCIDOS CARBOXÍLICOS

Estado Físico. Los ácidos carboxílicos alifáticos saturados son líquidos hasta el de 9 carbonos y > a 10 carbonos son sólidos cristalinos.

Solubilidad: El grupo carboxilo –COOH confiere carácter polar a los ácidos y permite la formación de puentes de hidrógeno entre la molécula de ácido carboxílico y la molécula de agua. La presencia de dos átomos de oxígeno en el grupo carboxilo hace posible que dos moléculas de ácido se unan entre sí por puente de hidrógeno doble, formando un dímero cíclico. Los puntos de fusión y ebullición son elevados y aumentan gradualmente con el incremento en la longitud de la cadena. Los ácidos C1- C4 son completamente solubles en agua, de C5-C9 son poco solubles, y los ácidos carboxílicos ≥C10, aromáticos y ácidos dicarboxílicos son sólidos prácticamente insolubles. Su solubilidad en solventes orgánicos es considerablemente alta.

Carácter ácido-base: Los ácidos carboxílicos son ácidos de Brønsted por su capacidad para ceder protones (H+) y ácidos de Lowry por su capacidad de los átomos de oxígeno atraer electrones. Lo anterior, debilita el enlace, produciéndose en ciertas condiciones una ruptura heterolítica, cediendo el correspondiente protón, H+, y quedando el resto de la molécula con carga -1 debido al electrón que ha perdido el átomo de hidrógeno, por lo que la molécula queda como un anión, R-COO-, la carga negativa se distribuye (se deslocaliza) simétricamente entre los dos átomos de oxígeno, de forma que los enlaces carbono-oxígeno adquieren un carácter de enlace parcialmente doble. Al grupo RCOO- se le denomina carboxilato. En el siguiente esquema de reacción se ejemplifica:

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Los ácidos carboxílicos, son ácidos débiles, con solo un 1% de sus moléculas disociadas para dar los correspondientes iones,  a temperatura  ambiente y  en  disolución  acuosa.  Esto  se  debe  a  que   la estabilización por resonancia o deslocalización electrónica, provoca que la base conjugada del ácido sea más estable, hecho que se verifica experimentalmente por sus valores relativos menores de pKa.[pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12][pic 13][pic 14]

PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS ÁCIDOS CARBOXÍLICOS

El comportamiento químico de los ácidos carboxílicos está determinado por el grupo carboxilo, y donde el -OH es el que sufre casi todas las reacciones: pérdida de protón (H+) o reemplazo del grupo

–OH por otro grupo.

Los ácidos carboxílicos reaccionan con bases para formar sales. En estas sales el hidrógeno del grupo

-OH se reemplaza con el ion de un metal, por ejemplo, Na+. De esta forma, el ácido acético reacciona con bicarbonato de sodio para dar acetato de sodio, dióxido de carbono y agua. La descarboxilación del NaHCO3 se manifiesta con efervescencia al liberar el CO2. Esta es una de las reacciones que permite identificar la presencia de éste grupo funcional, ácido carboxílico. La reacción que transcurre es la siguiente:[pic 15][pic 16][pic 17][pic 18][pic 19][pic 20][pic 21][pic 22][pic 23][pic 24][pic 25][pic 26][pic 27][pic 28]

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Equivalente de Neutralización (EN)

Una vez se ha identificado mediante ensayos preliminares la presencia del grupo funcional ácido carboxílico, se debe determinar el equivalente de neutralización de la sustancia, que permite a su vez tener de manera aproximada el peso molecular del mismo y por ello su identificación. La reacción de neutralización entre un ácido carboxílico y una base fuerte puede emplearse para determinar el peso equivalente de la sustancia. La cantidad de base requerida para neutralizar un peso dado de un ácido carboxílico depende de dos cosas: el peso molecular del ácido y el número de grupos carboxilo que contenga. Por ejemplo, se requiere una mol de hidróxido para neutralizar 60 gramos de ácido acético, dado que éste (de PM=60 g/mol) y tiene un único grupo carboxilo. El ácido succínico (ácido 1,4 butanodioico), de peso molecular 118 g/mol, tiene dos grupos carboxilos, y para neutralizar los dos protones ácidos se precisará de 2 moles de hidróxido. Como solo se necesita una (1) mol de base por grupo carboxilo, el ácido succínico que tiene un peso molecular aproximadamente 2 veces que el ácido acético, requerirá la misma cantidad de base para neutralizar un peso igual. El valor numérico que resulta de estas valoraciones se denomina equivalente de neutralización.[pic 30][pic 31][pic 32][pic 33]

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Para que la técnica de valoración tenga éxito el ácido carboxílico debe ser razonablemente soluble en agua, agregar la fenolftaleína como indicador y valorar con NaOH 0,05 N o solución estandarizada[pic 41][pic 42][pic 43][pic 44][pic 45][pic 46][pic 47]

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con un patrón primario (biftalato ácido de potasio,

PM=204g/mol). Si queda al principio una pequeña cantidad de ácido sin disolver, a medida que se efectúa la neutralización, se forma la sal del ácido y esta se irá disolviendo en el agua y así podrá valorarse, aunque conduce a menor precisión; en estos casos se recurre a usar cantidades variables de etanol para poder valorar la solución homogénea y utilizar azul de bromotimol como indicador si se ha usado más del 50 % (v/v) de etanol. Cuando se precisa conocer el cambio de color que se debe esperar, se agrega el indicador a la disolución que se va a emplear, luego se añade un poco de base para tener referencia del color correspondiente al punto final de la valoración. El equivalente de neutralización se calcula utilizando la siguiente ecuación:

𝐸𝒒𝒖𝒊𝒗𝒂𝒍𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒅𝒆 𝑵𝒆𝒖𝒕𝒓𝒂𝒊𝒛𝒂𝒄𝒊ó𝒏 (𝑬𝑵) = (𝟏𝟎𝟎𝟎 ∗ 𝑷)[pic 49]

𝑽 𝒙 𝑵

Donde P= peso de la muestra en gramos; V= Volumen de base Empleada en mililitros; N= Normalidad de la disolución de base.

Índice de acidez (IA)

Este índice que determina el grado de acidez libre de algunos materiales de uso industrial, y se define como el número de miligramos de hidróxido de potasio necesario para neutralizar un gramo de material. El IA se determina utilizando la siguiente expresión matemática:

Í𝒏𝒅𝒊𝒄𝒆 𝒅𝒆 𝑨𝒄𝒊𝒅𝒆𝒛 (𝑰𝑨) = 𝟓𝟔, 𝟏𝟏 ∗ 𝟏𝟎𝟎𝟎[pic 50]

𝑬 ∗  𝑵

Aunque la titulación se realiza con NaOH, el resultado se convierte en miligramos de KOH, al introducir el factor 56,11 que corresponde al peso equivalente al hidróxido de potasio, de acuerdo a la definición.

MATERIALES Y EQUIPOS

REACTIVOS, DISOLVENTES Y SOLUCIONES

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