6.1B: Usos de los puntos de fusión

Última actualización
Guardar como PDF

Page ID: 74183

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Existen varias razones para determinar el punto de fusión de un compuesto: es útil para apoyar la identificación de un compuesto, además de servir como una guía aproximada de la pureza relativa de la muestra.

Identificación

Como el punto de fusión de un compuesto es una constante física, se puede utilizar para apoyar la identidad de un sólido desconocido. El punto de fusión se puede buscar en un libro de referencia (este valor se llamaría entonces el "punto de fusión de la literatura “), y compararlo con el punto de fusión experimental. Por ejemplo, el punto de fusión de la literatura del ferroceno, es\(172\) -\(174^\text{o} \text{C}\). \(^1\)El autor encontró que el punto de fusión de una muestra de ferroceno (Figura 6.3) era\(176\) -\(178^\text{o} \text{C}\),\(^2\) y existe una buena concordancia entre estos dos valores.

Timelapse de una sustancia roja que se funde en un tubo capilar. — Figura 6.3: Fusión de ferroceno dentro de un aparato de punto de fusión.

Se debe tener cuidado en abstenerse de sacar conclusiones sobre la identidad de un compuesto basado únicamente en un punto de fusión. Existen millones de compuestos orgánicos sólidos, y la mayoría tienen puntos de fusión por debajo\(250^\text{o} \text{C}\). No es raro que dos compuestos diferentes tengan puntos de fusión coincidentemente similares o idénticos. Por lo tanto, un punto de fusión debe ser utilizado como simplemente una pieza de datos para apoyar la identificación de un desconocido.

Aunque los puntos de fusión coincidentemente similares no son inauditos, cuando se utilizan en el contexto de la evaluación del producto de una reacción química, los puntos de fusión pueden ser una poderosa herramienta de identificación. Por ejemplo, tres posibles productos de la nitración del benzaldehído son 2, 3 o 4-nitrobenzaldehído (Figura 6.4). Dado que estos productos tienen puntos de fusión muy diferentes, el punto de fusión del sólido resultante (si es puro) podría usarse para sugerir fuertemente qué producto se formó.

Ecuación química: el benzaldehído reacciona con el ácido nítrico y el ácido sulfúrico para formar tres posibles productos: 2-nitrobenzaldehído (el punto de fusión está entre 42 y 44 grados C), 3-nitrobenzaldehído (el punto de fusión está entre 55 y 58 C) y 4-nitrobenzaldehído (el punto de fusión está entre 103 y 106 grados C). — Figura 6.4: Nitración de benzaldehído. \(^1\)

Evaluación de la Pureza

Una segunda razón para determinar el punto de fusión de un compuesto es por una medida aproximada de la pureza. En general, las impurezas disminuyen y amplían el rango de fusión.

Por ejemplo, los puntos de fusión de muestras de ácido benzoico contaminadas con cantidades conocidas de acetanilida se resumen en el Cuadro 6.1. A medida que aumentaba la cantidad de impurezas, la fusión comenzó a una temperatura más baja, y la amplitud del rango de fusión aumentó.

Cuadro 6.1: Puntos de fusión de mezclas de ácido benzoico y acetanilida (tomadas con un aparato MelTemp).
Mol% de ácido benzoico	Mol% Acetanilida	Punto de fusión (ºC)
100%	0%	120 - 122
95%	5%	114 - 121
90%	10%	109 - 120
85%	15%	105 - 117
80%	20%	94 - 116

La Figura 6.5 muestra la fusión por lapso de tiempo de tres muestras una al lado de la otra en un aparato de punto de fusión: ácido benzoico puro (izquierda), ácido benzoico con impureza de\(10 \: \text{mol} \%\) acetanilida (centro) y ácido benzoico con impureza de\(20 \: \text{mol} \%\) acetanilida (derecha). A medida que se calientan las muestras, la muestra con mayor impureza (a la derecha) se funde primero. Curiosamente, ambas muestras impuras completan la fusión antes de que la muestra pura (a la izquierda) comience a fundirse.

Timelapse de tres muestras fundidas en tubos capilares. El tubo derecho se funde primero, luego el tubo medio, luego el tubo izquierdo. — Figura 6.5: Fusión de lapso de tiempo de tres muestras una al lado de la otra en un aparato de punto de fusión. Ácido benzoico puro (izquierda), ácido benzoico con\(10 \: \text{mol} \%\) acetanilida (centro), ácido benzoico con\(20 \: \text{mol} \%\) acetanilida (derecha).

El punto de fusión de un sólido puede ser tan reducido por la impureza que se convierte en líquido a temperatura ambiente. Por ejemplo, cuando se mezcla piperonal (punto de fusión de\(35\) -\(39^\text{o} \text{C}\)) con resorcinol (punto de fusión de\(109\) -\(112^\text{o} \text{C}\)) en una relación 4:1 en masa,\(^3\) la mezcla se vuelve fangosa y finalmente se funde a temperatura ambiente (Figura 6.6). Este tipo de comportamiento no es infrecuente para sólidos cuyos puntos de fusión son solo marginalmente más altos que la temperatura ambiente.

Timelapse de un tubo que contiene polvo blanco que se funde espontáneamente en un líquido transparente. — Figura 6.6: Fusión por lapso de tiempo de una mezcla de piperonal y resorcinol a temperatura ambiente (ambos son sólidos blancos cuando están puros). Nota: no se aplica calor en el proceso. La mezcla finalmente se funde como resultado de su punto de fusión deprimido.

\(^1\)Los puntos de fusión son del Catálogo Químico de Aldrich.

\(^2\)Como se determinó usando un aparato de punto de fusión MelTemp. Los valores de temperatura no están corregidos.

\(^3\)Según lo publicado en Di Pippo, A. G., J. Chem. Ed, 1965, 42 (5), p. A413.