Análisis elemental por fusión sódica

El ensayo de fusión sódica o ensayo de Lassaigne es empleado en química orgánica para la detección cualitativa de elementos distintos al carbono, oxigeno e hidrogeno en compuestos orgánicos.

El ensayo fue ideado por el químico francés Jean Louis Lassaigne y publicado en un articulo titulado  “Mémoire sur un procédé simple pour constater la présence de l’azote dans des quantités minimes de matière organique” (Memoria de un procedimiento simple para confirmar la presencia de nitrógeno en cantidades mínimas de materia orgánica), aunque este procedimiento fue posteriormente ampliado para la detección de otros elementos como azufre y halógenos.

Aunque en la actualidad, el análisis químico ha avanzado permitiendo la identificación y cuantificación de elementos químicos en muestras de todo tipo, el ensayo de la fusión sódica sigue siendo estudiado debido a la simplicidad de su procedimiento y a la sencillez de sus métodos de análisis, que permite un acercamiento familiar al estudiante a los métodos de análisis elemental.

Fundamentación teórica

Los átomos de elementos halógenos, así como los átomos de nitrógeno y azufre, se encuentran unidos a través de enlaces covalentes a los átomos de carbono en los compuestos orgánicos; para detectarlos, los átomos necesitan ser transformados en sus formas iónicas en solución. Para lograr esto, el compuesto es calentado junto con un elemento metálico, que puede ser potasio o sodio, y posteriormente serán detectados a través de sus reacciones con otros compuestos. Si el calentamiento se realiza con sodio los halógenos serán transformados en haluros de sodio, el nitrógeno en cianuro de sodio, el azufre en sulfuro de sodio y también se puede encontrar tiocianato de sodio.

Si hay elementos halógenos presentes en la muestra formaran el respectivo haluro que se puede identificar al adicionar unas gotas de solución de nitrato de plata después de acidular con ácido nítrico diluido. El cloro generará un precipitado blanco soluble en hidróxido de amonio, si el elemento es bromo, el precipitado tendrá un color amarillo claro y será ligeramente soluble en hidróxido de amonio y si el halógeno es yodo, se observará un precipitado amarillo insoluble en hidróxido de amonio.

La detección de nitrógeno se fundamenta en la formación de cianuro de sodio, que es convertido en ferrocianuro sódico al agregar suficiente sulfato ferroso, la generación de iones férricos durante el proceso induce su reacción con el ferrocianuro generando un precipitado azul de ferrocianuro férrico o azul de Prusia.

EL azufre en la muestra se convierte en sulfuro de sodio que es identificado al agregar nitroprusiato de sodio que genera un complejo de color violeta. Si en la muestra hay nitrógeno y azufre al mismo tiempo se generara tiocianato de sodio que puede ser detectado al generar el complejo tiocianato férrico de color rojo sangre.

Materiales

  • Tubo de fusión sódica*
  • 8 tubos de ensayo
  • 2 vasos de precipitado de 150 ml
  • 2 pinzas para tubo de ensayo
  • Embudo de vidrio
  • Varilla de agitación
  • Gradilla
  • Mechero Bunsen
  • Microespátula
  • Papel filtro

Reactivos

  • Sodio metálico
  • Sustancia orgánica problema**
  • Agua desionizada
  • Solución de hidróxido de sodio al 20%
  • Acido acético
  • Acetato de plomo
  • Solución de nitroprusiato de sodio al 0,1%
  • Solución de ácido nítrico al 5%
  • Solución de nitrato de plata al 2%
  • Solución de permanganato de potasio 0,1 M
  • Ácido nítrico 6N
  • Disulfuro de carbono
  • Acido oxálico
  • Alcohol alilico
  • Papel tornasol

* es un tubo más pequeño que los tubos de ensayo promedio y un grosor de vidrio menor, es construido expresamente para ser destruido en el ensayo, si no se cuenta con él, se puede emplear un tubo de ensayo normal.

** la sustancia problema puede ser incógnita suministrada por el docente o una sustancia previamente identificada de interés a analizar

Procedimiento

Alistar un vaso de precipitados con 15 mL de agua desionizada.

Tomar una pequeña cantidad de sodio metálico (aproximadamente una pieza de 3 mm) y secarlo empleando una toalla de papel, introducir el sodio metálico en el tubo de fusión y la sustancia problema a ensayar, si es sólido, adicionar una cantidad alrededor de 50 mg y si es líquida 2 – 3 gotas*** (si la sustancia a analizar es liquida conviene fundir previamente el sodio y agregar al liquido gota a gota retirando el sodio de la llama)

Con la ayuda de una pinza para tubos de ensayo, calentar la parte inferior del tubo hasta que el sodio se funda (tener la precaución de apuntar la boca del tubo hacia una zona vacía segura), continuar el calentamiento hasta que el tubo tome un tono rojo incandescente y la muestra se observe descompuesta. Rápidamente introduzca el tubo en el vaso de precipitados con el agua desionizada, el tubo de ensayo se romperá por acción del cambio brusco de temperatura liberando el resultado de la fusión, tenga cuidado de la proyección de vidrio o exceso de sodio que puede reaccionar violentamente con el agua.

Calentamiento de tubo de ensayo para fusión sódica

Cuando no se observe mas reacción en el vaso de precipitados, calentarlo a ebullición y filtrar en caliente con la ayuda del embudo y papel filtro. Verifique el color del filtrado, debe ser incoloro, en caso contrario, la fusión fue deficiente y debe repetirse. El pH del filtrado se mide con la ayuda de un papel indicador y una varilla de agitación, el pH debe ser alcalino, si no, se adicionara hidróxido de sodio al 20% gota a gota hasta alcalinizar la solución.

  • Detección de azufre

La presencia de azufre puede determinarse de dos maneras; como sulfuro de plomo o con la ayuda de nitroprusiato de sodio. Tomando dos tubos de ensayo limpios y secos, adicionar aproximadamente 1 mL del filtrado a cada tubo de ensayo. En el primer tubo, acidular con acido acético gota a gota y añadir dos gotas de acetato de plomo, la aparición de un precipitado color crema oscuro o negro se toma como reacción positiva para la presencia de azufre.

En el otro tubo de ensayo, añadir 2 gotas de solución de nitroprusiato de sodio, la aparición de un color rojo-violeta se toma como reacción positiva.

  • Determinación de halógenos

Tomar 1 mL del filtrado en un tubo de ensayo limpio y seco, agregar acido nítrico gota a gota hasta acidular. Si en la muestra se tiene la sospecha de presencia de azufre o nitrógeno, calentar hasta reducir a la mitad el volumen, dejar enfriar.

Añadir 2 gotas de solución de acidulada de nitrato de plata al 2%, la aparición de un precipitado blanco o amarillo indica la presencia de cloro, bromo o yodo, si hay flúor no se observará precipitado pues el fluoruro de plata es altamente soluble en agua.

  • Diferenciación entre halógenos

Para poder diferenciar cual elemento halógeno se encuentra en la muestra se puede emplear permanganato de potasio como agente oxidante.

Tomar 1 mL de filtrado en un tubo de ensayo limpio y seco, añadir 5 gotas de solución de permanganato de potasio 0,1 M y 5 gotas de acido nítrico 6N, si el color no se mantiene, agregar mas permanganato gota a gota hasta que se mantenga.

Agitar el tubo por dos o tres minutos y añadir 10 gotas de disulfuro de carbono, agitar nuevamente por dos minutos y dejar reposar por 5 minutos. Añadir 20 mg de ácido oxálico, agitar nuevamente.

Observar la formación de una capa inferior, coloración rojo ladrillo indica presencia de bromo o bromo – yodo, coloración violeta o purpura brillante indica presencia de yodo solamente, para asegurar la presencia de solo bromo adicionar dos gotas de alcohol alilico y agitar suavemente, la desaparición de color indica presencia de bromo únicamente, si la coloración se torna violeta o purpura hay bromo y yodo.

Si en la muestra hay cloro, este ion permanecerá en la capa acuosa, empleando una pipeta Pasteur extraer la capa acuosa cuidadosamente y colocarla en otro tubo de ensayo, añadir 1 mL de acido nítrico 6N. calentar el contenido a ebullición durante dos minutos y dejar enfriar, agregar 2 – 3 gotas de solución de nitrato de plata 2%. Un precipitado blanco es prueba positiva para cloro.

Después del experimento

Investigar y deducir las reacciones involucradas tanto en la fusión como en las reacciones de identificación de elementos, escribir las reacciones incluyendo las condiciones de reacción.

Investigar que alternativas modernas existen para el análisis cualitativo de compuestos orgánicos y su fundamento.

Recomendaciones de seguridad

La reacción de fusión se debe llevar a cabo con máxima precaución, apuntando la boca del tubo a una zona despejada y teniendo precaución de proyección de esquirlas al momento de colocar el tubo caliente en agua, tener cuidado de cortarse con los restos de vidrio.

El disulfuro de carbono es toxico, tener cuidado de no inhalar sus vapores.

En todo momento se deben utilizar los elementos de seguridad básicos en el laboratorio de química (bata de laboratorio, guantes, gafas de seguridad y demás que sean exigidos por las normas internas, locales o nacionales. Los residuos generados por la práctica deben ser dispuestos de manera adecuada según las normas de laboratorio y las normas locales y nacionales respectivas.

Mayor informacion

A Review of Techniques in the Lassaigne Sodium-Fusion

Clasificación

Nivel: Universitario

Tipo: Practica de enseñanza

Riesgo: medio