Acetileno

El Acetileno es un gas compuesto por Carbono e Hidrógeno (12/1 aprox. en peso). En condiciones normales es un gas un poco más liviano que el aire, incoloro. El Acetileno 100% puro es inodoro, pero el gas de uso comercial tiene un olor característico, semejante al ajo. No es un gas tóxico ni corrosivo. Es muy inflamable. Arde en el aire con llama luminosa, humeante y de alta temperatura. Los limites inferior y superior de inflamabilidad son 2.8% y 93% en volumen de Acetileno en Aire.

El Acetileno puro sometido a presión es inestable, se descompone con inflamación dentro de un amplio rango de presión y temperatura. Por esto, en el cilindro se entrega diluido en un solvente, que generalmente es acetona, impregnado en un material poroso contenido en el cilindro, que almacena el Acetileno en miles de pequeñas cavidades independientes. En esta forma, el Acetileno es seguro en su transporte y almacenamiento.

Propiedades físicas y químicas

Densidad de gas a 0°C (32°F), 1 atm:                   1.1716 kg/m3 (0.07314 lb/ft3)

Punto de ebullición a 1 atm:                                     -75,2°C (-103.4°F)

Punto de fusión a 1 atm:                                          -82.2°C (-116 °F)

Peso especifico del líquido a -80°C (-112°F):                0.613  

Peso especifico (aire = 1) a 0°C (32°F):                       0.908

Peso molecular:                                                        26.038

Solubilidad en agua vol/vol a 0°C (32°F) y 1 atm:          1.7

Umbral de olor:                                                        226 ppm (detección)

Temperatura de combustión (en aire):                      aprox. 1900ºC (3450ºF)

Temperatura de combustión (en oxígeno):               aprox. 3100ºC (5610ºF)

Volumen especifico del gas a 21.1°C (70°F) 1 atm:   0.918 m3/kg (14.7 ft3/lb)

Presión de vapor a 21.1°C (70°F):                            4378 kPa (635 psig)

Punto de inflamación:                                                gas inflamable

Temperatura de autoignición:                                      305°C

Límites de explosividad, % en volumen en el aire:         2.5-100

Coeficiente de reparto octanol/agua como log Pow:        0.37

Apariencia y color:   Gas incoloro. El acetileno 100% puro no tiene olor, pero a la pureza comercial tiene un olor parecido al ajo. 

Uso

Como agente calorífico es un combustible de alto rendimiento, utilizado grandemente en las aplicaciones oxiacetilénicas. Las temperaturas alcanzadas por esta mezcla varían según la relación Acetileno-Oxígeno, pudiendo llegar a más de 3000 ºC. En la industria química, por su gran reactividad, es utilizado en síntesis de muchos productos orgánicos.

·         Primeros usos (s. XX)

A principios del siglo XX, el acetileno tenía múltiples aplicaciones debido a la fijeza y claridad de su luz, su potencia calorífica, su facilidad de obtención y su bajo costo. Los aparatos generadores se habían también perfeccionado, siendo casi todos ellos del sistema en que el agua cae sobre el carburo, estando la caída de aquélla graduada de tal modo por diversos juegos deválvulas, palancas y contrapesos que casi se llegó a evitar la sobreproducción de gas que tanto dañaba a los aparatos anteriores.  

El acetileno se utilizaba en generadores, en lámparas de minería o en el soplete oxiacetilénico empleado en la soldadura autógena produciendo temperaturas de hasta 3.000º, el alumbrado de proyectores para la marina y para cinematógrafos. Los automóviles llevaban también a principios del siglo en su mayoría faros con aparatos autogeneradores de acetileno. Se llegaron a construir diversos aparatos de salvamento como cinturones, chalecos, boyas, etc., en cuyo interior y en un depósito ad hoc llevaban una dosis de carburo de calcio dispuesto de tal suerte, que al ponerse el carburo en contacto con el agua se produjera el gas acetileno, dejando henchido convenientemente el aparato.

·         En la actualidad

El acetileno se utilizaba como fuente de iluminación y de calor. En la vida diaria el acetileno es conocido como gas utilizado en equipos de soldadura debido a las elevadas temperaturas (hasta 3.000 °C) que alcanzan las mezclas de acetileno y oxígeno en su combustión.

El acetileno es además un producto de partida importante en la industria química. Hasta la segunda guerra mundial una buena parte de los procesos de síntesis se basaron en el acetileno. Hoy en día pierde cada vez más en importancia debido a los elevados costes energéticos de su generación.

Disolventes como el tricloretileno, el tetracloretano, productos de base como viniléteres y vinilésteres y algunos carbociclos (síntesis según Reppe) se obtienen a partir del acetileno. Éste también se utiliza en especial en la fabricación del cloroetileno (cloruro de vinilo) para plásticos, del etanal (acetaldehido) y de los neoprenos del caucho sintético.

Obtención

• El Acetileno (Etino) [C2H2] se obtiene por medio de la reacción de hidrólisis de carburo de calcio [CaC2]. Lo que sucede en esta reacción es que los dos carbonos que están enlazados con el calcio, se saturan con dos hidrógenos y ocurre una reacción de desplazamiento donde se crea un hidróxido en relación con el agua. Los carbonos rompen el enlace con el calcio y se unen entre si creando un triple enlace (Acetileno (etino) [C2H2]) el calcio que queda con dos valencias libres se uno con los dos hidróxidos formados en un enlace sencillo.

• En petroquímica se obtiene el acetilenopor quenching (el enfriamiento rápido) de una llama de gas natural  o de fracciones volátiles del petróleo con aceites de elevado punto de ebullición. El gas es utilizado directamente en planta como producto de partida en síntesis. Un proceso alternativo de síntesis, más apto para el laboratorio, es la reacción de agua con carburo cálcico (CaC₂);se forma hidróxido de calcio y acetileno, ell gas formado en esta reacción a menudo tiene un olor característico a ajo debido a trazas de fosfina que se forman del fosfuro cálcico presente como impureza.
  CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂
  
  
  • OBTENCIÓN DEL ACETILENO TIPO HUMEDO: Este proceso es usado para producir acetileno disuelto. Carburo de calcio y agua son colocados dentro del contenedor para generar el acetileno.
  • OBTENCIÓN TIPO SECO: Este proceso es usado con la finalidad de asegurar la producción de gas acetileno desde el carburo de calcio, la cantidad de agua suministrada debe ser ajustada para mantener el desecho de carburo de calcio en polvo seco. 
  • PURIFICADOR SECO: Los agentes purificadores son aplicados para varias estructuras internas en forma de malla. Cuando el gas pasa a través de estas estructuras, las impurezas son absorbidas y removidas. El agente purificador es hecho de una mezcla de ácido sulfúrico, bicromato de sodio, agua y celita.
  • SECADO A BAJA PRESION: El gas acetileno del generador contiene humedad. La humedad se encontrará en el interior del cilindro, la solubilidad del acetileno será reducida y por lo tanto, será removida. Dentro del secador, hay varias estructuras en forma de mallas. El agente de secado, cloruro de calcio, es puesta en la estructura de malla. Como el gas pasa a través de la malla, la humedad es absorbido y el gas secado.
  • SECADO A ALTA PRESION: Para remover la humedad del gas acetileno bajo alta presión, este es pasado a través de un cilindro de acero con cloruro de calcio en su interior.
  • SOPORTE DE GAS: El tanque usado por el gas acetileno es un contenedor sellado al agua, que consiste de un tanque interior y un tanque exterior hechos de una plancha de acero y carbón. El gas de entrada y salida son equipados con un dispositivo de seguridad sellado al agua. 
  • SEPARADOR DE ACEITE: El gas del compresor, contiene aceite en estado gaseoso. Este aceite debe ser removido por el separador de aceite. El separador filtra el aceite a través de los aros de metal o cerámica conocidos como aros Lessing.
  • LLENADO: El gas después de removido el aceite y purificado por secado, es llenado en cilindros de acetona, por lo tanto, este podría ser llenado lentamente para permitir que el acetileno se disuelva completamente en la acetona

Diagrama Industrial del Acetileno 

De Ácido Maleico a Ácido Fumárico

OBTENCIÓN DEL ÁCIDO FUMARICO A PARTIR DEL ÁCIDO MALEICO.

En un alqueno, los dos orbitales p que forman el enlace ¡r deben ser paralelos para que el traslape resulte máximo, por lo que no hay rotación respecto a un doble enlace. Por esa razón, un alqueno disustituido sólo puede existir en dos formas distintas: los hidrógenos unidos a los carbonos Sp' están en el mismo lado (isómero cis) o en lados opuestos (isómero trans) del enlace doble. También se le llama isomería geométrica. Téngase en cuenta que los isómeros cis-frans tienen la misma fórmula molecular, pero son distintos en la forman en que sus átomos se orientan en el espacio.

Para que ocurra una rotación alrededor de un doble enlace, se debe romper temporalmente el enlace n. Un ejemplo de lo anterior Io tenemos en la transposición del ácido maleico (isómero cis) a ácido fumárico (isómero trans), catalizada con ácido.

Comparación

El ácido fumárico, es un compuesto orgánico con estructura de ácido dicarboxílico que, en nomenclatura IUPAC, corresponde al ácido (E)-butenodioico, o ác. trans-butenodioico; el isómero encontrado en la naturaleza, en lugar del isómero cis. Interviene en varias rutas del metabolismocelular, siendo destacada su participación en el ciclo de Krebs. Las sales y ésteres son conocidos como fumaratos. El dimetil fumarato reduce significativamente la progresión de la discapacidad en la esclerosis múltiple.

Se utiliza en el procesado y conservación de los alimentos por su potente acción antimicrobiana. Como aditivo alimentario, se usa como un regulador de la acidez y se representa por las siglas E297. El ácido fumárico es un acidulante alimentario utilizado desde 1946. No es tóxico, y se utiliza generalmente en bebidas y polvos para hornear para los que se exigen unos requisitos de pureza. Se utiliza generalmente como un sustituto del ácido tartárico y de vez en cuando en lugar de ácido cítrico, a un ritmo de 1,36 g de ácido cítrico para cada 0,91 gramos de ácido fumárico para añadir acidez, similar a la forma en que se utiliza ácido málico. Está aprobado para su uso como aditivo alimentario en la Unión Europea, EE.UU., y Australia y Nueva Zelanda.

Usos

El ácido fumárico es un ácido orgánico presente en muchas frutas y vegetales. Comercialmente se obtiene por la síntesis química o a través de la fermentación del azúcar con hongos.

La estructura del ácido fumárico es la de un ácido dicarboxílico, debido a que, como los ácidos carboxílicos, es un compuesto de estructura carbonada que se sustituye por un par de grupos funcionales carboxilo.

El origen del ácido fumárico es natural y es un elemento importante en el metabolismo de las células de los seres vivos.

Tipos de ácido fumárico

Existen dos tipos de ácido fumárico:

- CWS (soluble en agua fría)

- HWS (soluble en agua caliente)

Propiedades del ácido fumárico

Las propiedades del ácido fumárico son:

- Acidulante de sensación ácida, limpia y seca que modifica el sabor.

- Rápida disolución y fino tamaño de partícula, CWS.

- Lenta disolución, HWS.

- Baja higroscopicidad (baja absorción de humedad).

- Enmascara resabios metálicos de edulcorantes.

Aplicaciones del ácido fumárico

El ácido fumárico tiene aplicaciones en productos como:

Ácido fumárico CWS en bebidas en polvo, instantáneas y productos efervescentes

Provee acidez, evita el apelmazamiento de polvos y se disuelve fácilmente.

Ácido fumárico HWS en gelatinas y postres

Regula el pH, forma geles más fuertes con agentes gelificantes, incrementa la vida útil del producto por su baja higroscopicidad.

Ácido fumárico CWS y HWS en bebidas y jugos

Provee acidez, reduce el uso de conservadores sintéticos en combinación con el ácido cítrico y regula el pH.

Ácido fumárico HWS en tortillas y masas (trigo y maíz)

Mejora la textura y esponja los horneados en productos no fermentados.

Ácido fumárico HWS en dulces y confitería

Realce de sabor y liberación lenta de ácido.

Ácido fumárico CWS y HWS en postres y rellenos dulces

Inhibe las reacciones de pardeamiento durante la cocción.

Ácido fumárico CWS en lácteos y mantequillas

Se utiliza como coagulante en la elaboración de quesos y como antioxidante en combinación con otros aditivos.

Ácido fumárico HWS en cárnicos

Retarda la oxidación en productos cárnicos procesados y conserva el color

.

Otros usos del ácido fumárico CWS

Evita la degradación del sabor, conservante, antioxidante e inhibe la fermentación maloláctica.

Destilación

Destilación

 

La destilación es una operación unitaria, que tiene por objeto la separación de los componentes de una mezcla líquida mediante la diferencia de volatilidades relativas existente en  el sistema.

La importancia de la destilación se remota hasta la época del tratamiento de las bebidas alcohólicas y se ha venido extendiendo a muchas industrias, siendo un factor esencial para el funcionamiento de algunas. En otro aspecto, es un auxiliar muy valiso para la investigación actual en el campo de la química orgánica.  La destilación tiene innumerables aplicaciones y se emplea a escala industrial y en pequeñas muestras analíticas en el laboratorio. Se usa con fines muy variados en purificas uno o varios componentes de una mezcla, o los disolventes de un proceso que luego se recuperan y recirculan al proceso original. Las aplicaciones industriales más comunes se encuentran en la refinación del petróleo y sus derivados, en la industria química, la purificación de alcoholes, ésteres, éteres, cetonas y disolventes en general.

De lo anterior, podemos resumir que la destilación es el proceso de separación de los componentes de una mezcla liquida por vaporización parcial de la misma.  La concentración de los componentes volátiles es mayor en el vapor obtenido que en la mezcla inicial, mientras que en el residuo aumenta la concentración de los compuestos menos volátiles.

La destilación se puede aplicar a líquidos o mezclas que  sean no estables en sus puntos de ebullición considerando las condiciones de temperatura y presión adecuadas a cada caso.

Un líquido o una mezcla de los mismos, es un fluido que reúne átomos o moléculas de energía variable. Las mezclas pueden ser miscibles, parcialmente o totalmente inmiscibles.

En un proceso de destilación, la mezcla por separar en sus componentes se somete a un calentamiento para que la fase líquida pase a la fase vapor manteniéndose en esta forma un equilibrio líquido-vapor. Cuando el sistema esta en equilibrio las moléculas están escapando de la fase líquido (punto de burbuja) al vapor y están volviendo del vapor (punto de rocío) a la fase líquida. En la fase líquida están presentes dos componentes distintos, el vapor que está en equilibrio con el líquido contendrá algunas moléculas de cada uno de ellos. Las cantidades relativas de los componentes en la fase de vapor está relacionada con la presión de vapor de cada líquido puro y la presión total de la mezcla que cubre el líquido es la suma de las dos presiones parciales, dicha relación puede expresarse matemáticamente por la Ley de Raoult.

La destilación depende de parámetros como: El equilibrio liquido vapor, temperatura, presión, composición, energía.

• El equilibrio entre el vapor y el líquido de un compuesto está representado por la relación de moles de vapor y líquido a una temperatura determinada, también puede estudiarse este equilibrio a partir de sus presiones de vapor.

• La temperatura influye en las presiones de vapor y en consecuencia de la cantidad de energía proporcionada al sistema, también influye en la composición del vapor y el líquido ya que esta depende de las presiones del vapor.

• La presión tiene directa influencia en los puntos de ebullición de los líquidos orgánicos y por tanto en la destilación.

• La composición es una consecuencia de la variación de las presiones de vapor, de la temperatura que fijan las composiciones en el equilibrio.
• Puntos de ebullición, son aquellos puntos o temperaturas de compuestos puros a las que sus presiones de vapor igualan a la presión atmosférica, produciéndose el fenómeno llamado ebullición.

Algunos tipos de Destilación son:

ü  Destilación Simple: es para separar sólidos disueltos en líquidos. Por ejemplo al querer separar la sal (NaCl) del agua, se calienta la mezcla homogénea: el agua se evapora y luego se condensa, y en el recipiente se queda NaCl sólido que no se evapora.

ü  Destilación Fraccionada: Es un proceso físico para separar líquidos miscibles en base a la diferencias de sus puntos de ebullición o condensación. Por ejemplo la mezcla de agua y alcohol (C₂H₅OH) se calienta. Primero se evapora con mayor rapidez el de menor temperatura de ebullición (T°ebu Alcohol = 78,5 °C) y luego el de mayor temperatura de ebullición (T°ebu Agua = 100°C), luego los vapores se condensan en recipientes separados. Esta operación se lleva a cabo en columnas de fraccionamiento o de rectificación.

ü  Destilación al vacío: Muchas sustancias no pueden purificarse por destilación a la presión ordinaria, por que se descomponen a temperaturas cercanas a su punto de ebullición normal, en otros casos la destilación requiere de inmensas inversiones o utilización de energía en gran cantidad, o finalmente poseen problemas de equilibrio liquido-vapor, en consecuencia se emplea el método de destilación al vacío o a presión reducida. Sabemos que un líquido empieza a hervir cuando su presión de vapor iguala a la presión atmosférica o de operación, por lo tanto si reducimos la presión de operación tendremos la ebullición a temperaturas bajas, esta no incluye a la destilación fraccionada.

  ü  Destilación en horno de bolas: Consiste en un destilador de vacío sin volúmenes         muertos que se utiliza para la separación entre líquidos o sólidos de bajo punto         de fusión y sustancias poliméricas o aceites de elevado punto de ebullición. En           función del volumen de las bolas escogidas este sistema nos permite destilar        desde   cantidades pequeñas de producto (50-100 mg) hasta cantidades                        elevadas de          hasta 10-15 g.

ü  Destilación azeotrópica : Técnica usada para romper un azeótropo en la destilación. En uno de los métodos se adiciona un material agente de separación, otro método, la variación de presión en la destilación, se basa en el hecho de que un azeótropo depende de la presión y también que no es un rango de concentraciones que no pueden ser destiladas, sino el punto en el que los coeficientes de actividad se cruzan. Si el azeótropo se salta, la destilación puede continuar. Para saltar el azeótropo, el punto de éste puede moverse cambiando la presión.  Tiene diversas aplicaciones, en la industria del petróleo es la operación complementaria para la refinación del petróleo, para generar; gases ligeros, gasolina, queroseno, aceite lubricante, asfalto, etc. Para la purificación de solventes, en la separación de etanol de los demás productos de la fermentación de carbohidratos, en la industria de bebidas alcohólicas y también en la industria petroquímica, etc.

Preparacion del ciclohexeno

Alquenos

Los alquenos son compuestos que contienen un doble enlace entre dos átomos de carbono (no saturado),caracterizados por tener por lo menos un par de átomos de carbono sp2 unidos por medio de un enlace s y otro p entre ellos, por lo que cada uno de estos carbonos sólo está unido a otros tres átomos. 

Propiedades físicas.

Los alquenos, también llamados olefinas, sus propiedades son muy semejantes a las de los alcanos. Son insolubles en agua, solubles en disolventes no polares, son menos densos que el agua. Sus puntos de ebullición aumentan al aumentar el número de carbonos. A temperatura ambiente, los tres primeros son gases, del alqueno con cuatro átomos de carbono hasta el que contiene diez y seis son líquidos, y del que tiene diez y siete en adelante sólidos

Propiedades químicas.

Los alquenos dan reacciones de adición a los carbonos de la doble ligadura. 

Fórmula general Cn H2n

Dónde:
C = átomo de carbono
n = número de átomo
H = átomo de hidrógeno

Los alquenos juegan un papel fundamental en la síntesis orgánica, gracias a que son un grupo funcional versátil, sobre el cual pueden hacerse múltiples transformaciones (oxidaciones, reducciones etc.), además de que presentan isomería geométrica, lo que les transfiere diferentes propiedades físicas, químicas y biológicas. Sin embargo, separar isómeros (cromatografía y destilación) de alquenos es frecuentemente difícil, por lo que se han desarrollado varios métodos que favorecen la formación de uno de ellos.

Principales reacciones químicas para su obtención:

·      Síntesis de alquenos (olefinas) por eliminación de alcoholes o haluros

Existen diversos métodos para la preparación de alquenos; uno de estos procedimientos consiste en deshidratar o eliminar agua de una molécula de alcohol saturado.

La eliminación de agua en la molécula del alcohol se realiza mediante la catálisis con ácido sulfúrico (H2SO4) o fosfórico (H3PO4) en caliente. 

Cuando los alcoholes se calientan en presencia de cantidades catalíticas de ácidos experimentan una reacción de deshidratación que los convierte en  alquenos. Esta reacción es un equilibrio entre los reactivos (el alcohol de partida) y los productos (el alqueno y el agua).

Para impulsar el equilibrio hacia la derecha es necesario eliminar el alqueno o el agua a medida que se van formando. Esto se consigue mediante la destilación del alqueno, más volátil que el alcohol porque no puede formar puentes de hidrógeno, o mediante la adición de un agente deshidratante que elimine el agua a medida que ésta se va generando.

El paso que determina la velocidad del proceso es el de la formación del carbocatión y por tanto la facilidad de deshidratación de alcoholes en medio ácido sigue el mismo orden que el estabilidad de los carbocationes.

Un alcohol también se puede transformar en un alqueno en medio básico.

En este caso no se produce la protonación del grupo hidroxilo y para convertir a éste en un buen grupo saliente hay que transformarlo en un éster de ácido sulfónico (un tosilato (Ts) o un mesilato (Ms)). Una vez convertido el alcohol en tosilato o mesilato, la olefina se obtiene por calentamiento de estos ésteres en presencia de una base.

La reacción de Chugaev es una reacción que implica la extracción de agua a partir de alcoholes produciendo alquenos. El nombre viene del químico ruso Lev Aleksandrovich Chugaev (conocido también como Leo Aleksandrovich Tschugaeff. El producto intermedio de la reacción es una molécula de xantano.