Cocina y Química
¿Eres el tipo de persona a la que le gusta cocinar o ayudar a cocinar en la cocina? Cocinar puede ser casi una ciencia, y para que la comida sepa bien, debe tener las combinaciones correctas de ingredientes y saborizantes. Tomemos, por ejemplo, una pizza. Una pizza tiene masa, salsa de tomate, queso, carne y condimentos que la componen. Para obtener una buena pizza, debes tener todos los ingredientes juntos y en las proporciones adecuadas.
Al igual que la pizza, los compuestos orgánicos se componen de diferentes átomos (ingredientes) y para hacer el compuesto, esos átomos deben estar presentes en cantidades definidas. Pero, ¿cómo sabemos qué cantidad de cada átomo hay en un compuesto? Eso es realmente lo que intentaremos comprender en esta lección. Discutiremos cómo se pueden estimar y deducir las cantidades relativas de diferentes átomos en un compuesto orgánico. Nuestro enfoque se centrará en el carbono, el hidrógeno, el nitrógeno, los halógenos, el azufre y el fósforo, ya que esos átomos tienden a ser los más comunes en los compuestos orgánicos. ¡Vamos a cocinar!
Carbono e hidrógeno en un compuesto
Comencemos hablando de cómo se puede estimar la cantidad de carbono e hidrógeno en un compuesto. El método más común para determinar la cantidad de carbono e hidrógeno presentes en un compuesto es lo que se llama análisis de combustión. Cuando un compuesto se somete a análisis de combustión , se quema en presencia de oxígeno puro, que produce solo dióxido de carbono y agua como productos.
El dióxido de carbono y el agua se recogen y se determinan sus masas, y la cantidad de carbono e hidrógeno que estaban presentes en el compuesto original se puede estimar fácilmente comparando la masa del compuesto original con las masas de dióxido de carbono y agua producidas. La pieza específica de equipo de laboratorio que se usa típicamente para este tipo de experimento se llama calorímetro de bomba.
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Estimación de nitrógeno en un compuesto
En 1893, un científico llamado Johan Kjeldahl fue pionero y desarrolló con éxito un método conocido como método de Kjeldahl en el que se puede determinar la cantidad de nitrógeno en un compuesto orgánico. En esta técnica analítica, el compuesto orgánico se calienta en presencia de ácido sulfúrico, lo que conduce a la descomposición del compuesto seguido de la captura de los átomos de nitrógeno para formar sulfato de amonio.
El sulfato de amonio se hace reaccionar luego con hidróxido de sodio que produce amoníaco como producto de reacción. Una vez que se recolecta el amoníaco, se neutraliza con una cantidad conocida de un ácido en una reacción ácido / base. Como sabemos cuánto ácido se necesita para reaccionar con el amoníaco, la cantidad de nitrógeno en la muestra original se puede volver a calcular fácilmente.
Estimación de halógenos y azufre en un compuesto
¿Qué pasaría si hubiera átomos de halógeno o azufre en un compuesto orgánico? El método Carius es una técnica excelente que permite la determinación de la cantidad de cloro, bromo, flúor, yodo o azufre que contiene un compuesto. El compuesto se calienta primero en presencia de ácido nítrico y nitrato de plata, que convierte cualquier halógeno o azufre presente en su correspondiente sal de plata. A continuación, esta sal se puede recoger, pesar y calcular la cantidad de halógeno o azufre basándose en la cantidad de sal de plata recuperada.
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Estimación de fósforo en un compuesto
Si sospechamos que nuestro compuesto puede contener fósforo, podemos utilizar un método Carius modificado para determinar cuánto puede contener. El compuesto orgánico se calienta primero con ácido nítrico concentrado y magnesio, que convierte todo el fósforo presente en una sal llamada fosfato de magnesio y amonio. Este sólido luego se quema para producir Mg 2 P 2 O 7 ( pirofosfato de magnesio ).
La masa de este compuesto recuperada se usa luego para calcular la cantidad relativa de fósforo que estaba presente en el compuesto de partida original. Al igual que en el método Carius anterior, esta técnica se basa en convertir selectivamente el elemento de interés en un sólido, que se puede aislar fácilmente y determinar su masa.
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Resumen de la lección
En esta lección, aprendimos cómo se pueden estimar y deducir las cantidades relativas de diferentes átomos en un compuesto orgánico, con nuestro enfoque centrado en el carbono, hidrógeno, nitrógeno, halógenos, azufre y fósforo, ya que esos átomos tienden a ser los más común en compuestos orgánicos. Vimos que:
- El análisis de combustión es el método más común para determinar la cantidad de carbono e hidrógeno presentes en un compuesto, e implica quemar una muestra del compuesto de interés en presencia de oxígeno puro para producir dióxido de carbono y agua. La cantidad de carbono e hidrógeno se puede estimar comparando la masa del compuesto original con las masas de dióxido de carbono y agua producidas.
- La cantidad de nitrógeno se puede determinar mediante el método de Kjeldahl , que implica calentar un compuesto en ácido sulfúrico y la posterior captura de los átomos de nitrógeno en forma de sulfato de amonio. A continuación, se produce amoníaco por reacción con hidróxido de sodio y el amoníaco se neutraliza con una cantidad conocida de ácido. La cantidad de nitrógeno originalmente presente se puede volver a calcular.
- El método de Carius permite la determinación de la cantidad de cloro, bromo, flúor, yodo o azufre contenido en un compuesto e implica el aislamiento de una sal de plata correspondiente. A continuación, esta sal se puede recoger, pesar y calcular la cantidad de halógeno o azufre basándose en la cantidad de sal de plata recuperada.
- Se utiliza un método de Carius modificado para determinar la cantidad de fósforo presente en un compuesto e implica calentar con ácido nítrico concentrado y magnesio, que convierte todo el fósforo presente en una sal llamada fosfato de magnesio y amonio. Este sólido luego se quema para producir Mg 2 P 2 O 7 ( pirofosfato de magnesio ). La masa de este compuesto recuperada se usa luego para calcular la cantidad relativa de fósforo que estaba presente en el compuesto de partida original.
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