1.3C: Métodos de Transferencia - Métodos Atmosféricos Inerte

Algunas veces son necesarias condiciones meticulosamente secas o libres de oxígeno cuando se usan reactivos que reaccionan con agua u oxígeno en el aire. Para usar estos reactivos de manera segura y efectiva, la cristalería debe secarse al horno o a la llama, luego el aire desplazado con un gas inerte seco (a menudo nitrógeno o argón). Esto crea una "atmósfera inerte" dentro de un aparato, una que no reaccionará con los reactivos.

Figura 1.28: Colector de gas.

Los gases inertes pueden ser entregados a un matraz a través de líneas de gas y un colector de gas (en un entorno de investigación, Figura 1.28), o a través de un globo de gas inerte (más común en los laboratorios docentes, Figura 1.29).

Figura 1.29: Estudiantes de química orgánica utilizando globos de gas inerte.

Procedimientos paso a paso

Las técnicas que se muestran en esta sección utilizan globos de gas nitrógeno para crear condiciones atmosféricas inertes en un matraz de fondo redondo, y jeringas para transferir líquidos de botellas de reactivo secas. Estas técnicas se pueden adaptar fácilmente para su uso con un colector de gas si están disponibles.

Figura 1.30: a) Fijación del balón a un tanque de gas nitrógeno, b) Llenado del balón, c) Colocación de la aguja, d) Taponar temporalmente la aguja con un tapón de goma.

Preparar un globo de gas inerte

1. Prepare un accesorio de aguja para un globo: Corte el extremo de una\(1 \: \text{mL}\) jeringa de plástico y coloque el cañón en un trozo de tubo grueso de goma. Adjunte un globo de calidad de helio a la tubería de goma y selle todas las juntas con Parafilm. Alternativamente, coloque un globo directamente a una\(2\) jeringa\(3 \: \text{mL}\) de plástico.

2. Llenar el globo conectándolo a una manguera en el regulador de un tanque de gas inerte (nitrógeno o argón, Figura 1.30a). Abra el regulador de gas para llenar el globo a entre 7" — 8" de diámetro (Figura 1.30b).
[Para su uso con reactivos muy sensibles, primero se debe pasar el gas a través de una columna de agente secante.]

3. Mientras sostiene el globo cerca de su cuerpo, gire el globo para evitar que se escape el gas. Luego coloca una aguja verde (calibre #21,\(0.8 \: \text{mm}\) ×\(25 \: \text{mm}\), nota de seguridad: ¡muy afilada! ) de forma segura al extremo de la jeringa (Figura 1.30c).

4. Para evitar que el gas se escape cuando el globo está destorcido, inserte la aguja en un tapón de goma (Figura 1.30d). El globo ahora se puede reservar mientras se preparan otras partes de la configuración.

Figura 1.31: a) Inserción de tabique de goma en la articulación de una petaca caliente, b-d) Colgajos plegables del tabique sobre la articulación.

Preparar el matraz de reactivos

5. Retire el agua superficial de un matraz de reactivos (con barra agitadora si corresponde), ya sea secando a la llama el matraz o colocándolo en un horno caliente durante varias horas. Nota de seguridad: ¡la petaca estará muy caliente! Use guantes gruesos para manejar el vidrio caliente.

6. Inmediatamente inserte un tabique de goma (Figura 1.31a) en la junta de vidrio esmerilado. Dobla un lado del tabique sobre el labio del matraz y manténgalo en su lugar mientras dobla también los lados opuestos (Figuras 1.31b—d). Esto puede ser difícil de hacer con guantes gruesos. Una alternativa es sostener la petaca contra tu cuerpo con los guantes gruesos y doblar las solapas del tabique mientras usas tus manos desnudas (o guantes más delgados, Figuras 1.32 a+b).

7. Asegure inmediatamente el matraz de reacción a un soporte anular o celosía usando una pinza de extensión e inserte la aguja del globo de gas inerte en el círculo interno del tabique (Figura 1.32c, ver Figura 1.31d para el círculo en el tabique).

8. Inserte una sola aguja en el círculo del tabique (llamada "aguja de salida “) para “enjuagar” el aire del matraz de reacción (Figura 1.32d). El objetivo es usar la presión del balón para forzar el gas inerte al matraz de reacción y desplazar el aire en el matraz fuera de la aguja de salida.

9. Permita que el sistema se lave durante al menos 5 minutos si usa gas nitrógeno y quizás 1-2 minutos si usa gas argón (el argón es más denso que el aire por lo que desplazará el aire más fácilmente que el nitrógeno). Después retire la aguja de salida y deje que el matraz se enfríe completamente bajo el globo de gas inerte.

Figura 1.32: a+b) Forma alternativa de sostener un matraz caliente y unir el tabique de goma, c) Enjuagar un matraz de reacción con un globo de gas, d) Primer plano de la “aguja de salida”.

10. Si se requiere una masa del matraz vacío, retire el globo de gas inerte (inserte la aguja en un tapón de goma) y obtenga la masa del matraz frío vacío con tabique.

Figura 1.33: a) Atornillar la aguja en el cabezal de la jeringa, b) Envolver la articulación con Parafilm, c) Insertar la aguja en un matraz lleno de gas inerte, d) Retirar gas inerte para enjuagar la jeringa.

Preparar la jeringa para la transferencia de reactivos

11. Retirar una aguja larga y flexible de un horno caliente y enroscarla inmediatamente en el barril de una jeringa de plástico, recién abierta de su empaque (Figura 1.33a).

La jeringa necesita ser capaz de contener un volumen mayor que el volumen de reactivo destinado a suministrar para tener suficiente flexibilidad para manipular adecuadamente el reactivo. Por ejemplo, una\(\text{mL}\) jeringa\(10\) - es demasiado pequeña para suministrar\(10 \: \text{mL}\) reactivo, pero podría usarse para suministrar\(7 \: \text{mL}\) reactivo.

Sostenga la jeringa de tal manera que las marcas de volumen sean visibles, y conecte la aguja doblada apuntando hacia arriba, de modo que cuando se atornilla (lo que normalmente requiere aproximadamente media vuelta) la aguja doblada apunte hacia abajo con los números visibles. Con este enfoque, las marcas de volumen se pueden observar mientras se retira líquido, en lugar de estar inconvenientemente en la cara posterior de la jeringa (como en la Figura 1.33d).

Las jeringas de vidrio se utilizan a menudo con reactivos sensibles al aire disueltos en disolventes no polares (por ejemplo, hexanos), y requieren algunas consideraciones adicionales que no se describen en esta sección. Consulte con su instructor para obtener más instrucciones si va a usar una jeringa de vidrio.

12. Envuelva la junta entre la aguja y la jeringa con cinta de teflón o Parafilm (Figura 1.33b).

13. Enjuague la aguja con gas inerte: Inserte la aguja en el tabique de un matraz vacío y seco unido a un globo de gas inerte (Figura 1.33c), retire un volumen completo de gas inerte (Figura 1.33d), luego expuntarlo al aire.

14. Inmediatamente inserte la jeringa lavada en el tabique del matraz de reactivos si está cerca, o en un tapón de goma hasta que se vaya a usar la jeringa.

Figura 1.34: a) Inserción de la jeringa lavada en el reactivo sensible al aire, b) Burbuja inevitable de gas después de la extracción, c) Eliminación de un poco más de líquido del necesario, d) Ajuste al volumen correcto.

Retirar el reactivo

15. Se debe insertar un globo de gas inerte en la botella de reactivo para igualar las presiones durante la extracción de líquido. También se debe usar una plataforma (por ejemplo, abrazadera de anillo/malla de alambre) debajo de la botella de reactivo si se coloca encima del banco, para proporcionar soporte en caso de que la botella se deslice del agarre de la abrazadera.

16. Inserte la aguja de la jeringa lavada en el tabique del reactivo sensible al aire, y en el líquido (Figura 1.34a).

17. Lentamente retire algo de líquido en la jeringa. Si el émbolo se retira demasiado rápido, la baja presión dentro de la jeringa puede hacer que el aire se filtre a través de la articulación entre la aguja y la jeringa (a través o alrededor de la cinta de teflón o Parafilm).

18. Inevitablemente se formará una burbuja en la jeringa. Manteniendo la jeringa boca abajo y vertical (Figura 1.34b), presione el émbolo para forzar la bolsa de gas de regreso a la botella.

19. Retirar lentamente el líquido a\(1\) -\(2 \: \text{mL}\) mayor que el volumen deseado (Figura 1.34c), luego manteniendo la jeringa vertical, eliminar el líquido de nuevo al volumen deseado (Figura 1.34d muestra\(2.0 \: \text{mL}\) de líquido).

Retirar un volumen mayor al deseado al principio le permite estar seguro de que no hay burbujas de gas en la aguja, y que ha medido un volumen exacto.

20. La aguja debería estar llena del reactivo sensible al aire en este punto, y si se retirara de la botella el reactivo entraría en contacto con la atmósfera en la punta de la aguja. Esto puede tener consecuencias desastrosas si el reactivo es bastante reactivo (fumar o potencialmente fuego). Nota de seguridad: Por lo tanto, es esencial que se coloque un “tampón” de gas inerte (Figura 1.36) entre el reactivo sensible al aire y la atmósfera antes de retirar la aguja.

Figura 1.35: a) Espacio de cabeza de una botella, b) Inserción de aguja en el espacio de cabeza de la botella de reactivo, c) Tampón de gas inerte en la jeringa, d) Colocación de la punta de la aguja en un tapón de goma para su transporte.

21. Para crear el "tampón de gas inerte “:

a. Colocar la aguja en el espacio de cabeza de la botella de reactivo (Figuras 1.35 a+b).

b. Manteniendo la jeringa boca abajo y vertical, tire suavemente hacia atrás del émbolo hasta que se vea una burbuja en el barril (aproximadamente\(20\%\) de la capacidad de la jeringa, Figura 1.35c).

Inmediatamente inserte la jeringa en el tabique del matraz de reacción si está cerca, o en un tapón de goma si el matraz está a una distancia (Figura 1.35d).

Figura 1.36: Jeringa llena de reactivo sensible al aire lista para su transporte.

Figura 1.37: a) Insertar la jeringa en el matraz de reactivos, b) Entregar el líquido, c) Enjuagar la aguja y la jeringa.

Entregar el reactivo

22. Con un balón de gas inerte insertado en el matraz de reacción, coloque la jeringa con reactivo en el tabique del matraz de reacción. Manteniendo la jeringa vertical, presione el émbolo para primero entregar el tampón de gas inerte (Figura 1.37a), luego lentamente, entregue reactivo al matraz.

23. Deje de entregar reactivo cuando el émbolo de goma de la jeringa se encuentre con el extremo del cilindro (Figura 1.37b). No invertir la jeringa y expulsar el líquido residual: esto resultaría en la entrega de un volumen de reactivo mayor al medido por la jeringa.

24. La aguja seguirá estando llena del reactivo sensible al aire, por lo que con la punta de la aguja aún en el espacio de cabeza del matraz de reacción, retire un tampón de gas inerte a la jeringa. Inserte la punta de la aguja en un tapón de goma si la estación de limpieza no está cerca.

Limpiar la aguja y la jeringa

25. La jeringa y la aguja deben limpiarse lo antes posible, ya que con el tiempo se pueden formar depósitos en la aguja creando un tapón. Para limpiar la jeringa y la aguja:

a. Retirar en la jeringa algunos\(\text{mL}\) disolventes limpios similares al disolvente utilizado en la solución sensible al aire (Figura 1.37c). Por ejemplo, las imágenes de esta sección muestran la transferencia de un\(\ce{BH_3}\) reactivo disuelto en THF. Un disolvente de enjuague ideal sería entonces THF. Como el THF no estaba disponible, el éter dietílico fue un buen sustituido ya que los dos disolventes son estructuralmente similares (ambos son éteres).

b. Eliminar el disolvente en un vaso de precipitados de desechos. Repita con otro enjuague con disolvente, asegurándose de enjuagar toda el área de la jeringa donde tocó el reactivo.

c. Enjuague la jeringa una vez con agua para disolver y eliminar cualquier sal inorgánica.

d. Enjuague más la jeringa y la aguja dos veces con un poco\(\text{mL}\) de acetona.

e. Retire la aguja de la jeringa y reténgala para uso futuro. La jeringa de plástico no debe reutilizarse, sino desecharse: el solvente presente en muchas soluciones sensibles al aire degrada el émbolo de goma de la jeringa, haciendo que se hinchen y sean ineficaces después de un uso.

Resumen de métodos atmosféricos inertes

Cuadro 1.5: Resumen procesal para métodos atmosféricos inertes.

Preparar el globo Llene un globo con un gas inerte (nitrógeno o argón) de hasta 7-8 pulgadas de diámetro. Gire el globo para evitar que se escape el gas, luego coloque una aguja e insértelo en un tapón de goma para tapar.	Preparar el matraz de reacción Secar al fuego o al horno un matraz de reacción (con barra de agitación, y doblar un tabique de goma sobre la articulación mientras usa guantes gruesos. Sujete el matraz caliente al soporte anular o celosía e inserte el globo de gas inerte. Inserte una "aguja de salida" y permita que el matraz se enjuague durante ~5 minutos (para desplazar el aire). Retire la aguja de salida y deje que el matraz se enfríe.	Preparar la jeringa Obtener una aguja del horno caliente y enroscarla en la punta de una jeringa de plástico recién abierta. Envuelva la junta de aguja/jeringa con cinta de teflón o Parafilm. Enjuague la jeringa con gas inerte usando un matraz vacío unido a un globo de gas inerte. Retirar un volumen de gas y eliminar en el aire. Inserte la punta de la aguja en un tapón de goma para tapar.	Retirar el reactivo Use la jeringa preparada para retirar lentamente algún reactivo (o el aire puede entrar en la jeringa). Extraiga la burbuja de gas. Retirar el reactivo a un volumen ligeramente mayor al necesario, luego eliminar el líquido al volumen exacto. Colocar la aguja en el espacio de cabeza de la botella y retirar un "tampón de gas inerte “, ~\(20\%\) del volumen de la jeringa. Inserte la aguja en un tapón de goma para su transporte.
	Entregar el reactivo En el matraz de reacción (con globo de gas inerte), entregue primero el tampón de gas inerte, luego el reactivo sensible al aire. No expulsar el líquido residual.		Retirar un tampón de gas inerte en la jeringa mayormente vacía. Limpiar enjuagando con dos porciones (pocas\(\text{mL}\) cada una) de disolvente (similar al disolvente reactivo), luego una porción de agua y dos porciones de acetona.