Extraccion

Sesión 2

EXTRACCIÓN

Objetivos

1. Comparar los métodos de extracción simple y múltiple.

2. Observar el efecto salino y su aplicabilidad en un proceso de extracción.

Aspectos teóricos

Ley de distribución entre fases

Los compuestos orgánicos obtenidos en una síntesis, o los encontrados en sus fuentes naturales, generalmente se hallan como componentes de mezclas. La extracción es uno de los principales métodos hoy en día utilizados para separar estos con cierto grado de pureza, con el fin de purificarlos y analizarlos posteriormente.

La extracción puede definirse como la separación de uno ó varios componentes de una mezcla por medio de un disolvente. En la práctica es muy utilizada para separar aquellos compuestos orgánicos que se encuentran disueltos o suspendidos en agua. La técnica consiste en la agitación de la solución que contiene la sustancia que se va a extraer con un disolvente apropiado que es inmiscible en el primero. En reposo los disolventes forman dos capas que pueden ser separadas.

La extracción es un fenómeno de difusión, en ella las fases en contacto son dos disolventes inmiscibles entre si y el componente común es un soluto que se disuelve en ambos disolventes hasta que se alcanza una concentración de equilibrio, por ejemplo en la extracción de un soluto en solución acuosa con un disolvente orgánico:

La sustancia E se distribuye en equilibrio entre las dos fases insolubles, en una proporción que depende de la estabilidad relativa en cada una de estas (solubilidad de la sustancia en los dos disolventes), de tal manera que en el equilibrio, la relación de las concentraciones del soluto en cada fase será constante e independiente de la cantidad total de este a una temperatura determinada. La constante de este equilibrio se conoce como constante de reparto ó coeficiente de distribución y esta dada por la relación entre las solubilidades del componente en ambos disolventes (en adelante asumiremos que a es agua y o es un disolvente orgánico), es decir:

Idealmente esta es la definición para KD, pero debido a que los dos disolventes no son completamente inmiscibles, esto solo se utiliza como una aproximación. Por ejemplo, ciertos disolventes orgánicos como los alcoholes, ésteres, éteres son capaces de asociarse con el agua a través de puentes de hidrógeno. Por lo tanto, el valor del coeficiente de distribución se calcula a partir de las concentraciones de equilibrio:

Como KD es adimensional, cualquier unidad de concentración puede ser utilizada si las unidades son las mismas para ambas fases. Ejemplo: gramos por litro (g/L), partes por millón (p.p.m), molaridad (M).

Parámetros que afectan el KD

a. El tipo de disolvente

Al seleccionar un disolvente para la extracción se deben tener en cuenta los siguientes factores:

 El disolvente debe ser inmiscible o bastante insoluble en el disolvente de la solución.

 Debe tener un coeficiente distribución más favorable que permita una buena separación del material a extraer y tener un coeficiente desfavorable para las impurezas.

 El disolvente no debe de reaccionar con los componentes de la mezcla.

 Que pueda removerse fácilmente del soluto una vez termine el proceso de extracción. En general, para solutos poco volátiles este debe tener un punto de ebullición bajo.

 Conocer la densidad del disolvente para determinar que componentes constituyen cada fase. En términos generales los hidrocarburos, alcoholes, aldehídos, cetonas, éteres, etc. de bajo peso molecular son más livianos que el agua. Los haluros y polihaluros son más densos que agua.

 En lo posible no debe ser tóxico, ni inflamable, ni costoso.

b. Número de extracciones

Extracción en una etapa

De acuerdo con el valor de KD, cuando una solución acuosa del soluto E, de volumen Va, se trata con un volumen Vo de disolvente orgánico, el soluto migra hacia este último con lo cual su concentración debe aumentar para desplazarse hacia el equilibrio, es decir, el proceso saca el soluto de un disolvente trasladándolo a otro. Por ejemplo, si se utilizan iguales volúmenes de los dos disolventes, la ecuación se reduce a una relación de pesos (g, mg, μg en la fase orgánica/ g, mg, μg en la fase acuosa) de la especie en cuestión en cada uno de estos. Si en su lugar se utiliza el doble del volumen del disolvente orgánico, manteniendo constante el volumen de agua, entonces la razón de los pesos del soluto E se duplica, es decir, si se tiene que extraer un soluto de una solución, la cantidad recuperada de este aumentará usando mayores cantidades del disolvente extractor (los compuestos inorgánicos frecuentemente son separados de los orgánicos de esta manera).

Extracción en etapas sucesivas

La extracción de un soluto, con un disolvente específico, es mucho mejor a medida que aumenta el número de contactos entre los dos, es decir, es más eficiente extraer un soluto con dos porciones de un disolvente, que con una sola porción de este, aunque se empleen volúmenes iguales de disolvente (muchos compuestos orgánicos que contienen oxígeno ó nitrógeno pueden formar puentes de hidrógeno con el agua y por lo tanto son parcialmente solubles en ella, lo cual implicaría la realización de varias extracciones sucesivas para obtener una cantidad apreciable de la sustancia).

Ejemplo:

El coeficiente de distribución KD de un soluto es 8.0 en una mezcla tetracloruro de carbono - agua (CCl4 / H2O). ¿Qué peso de soluto podrá extraerse en una sola operación por tratamiento de una solución de 9.0 g de soluto en 100.0 mL de agua con 100.0 mL de tetracloruro de carbono? Calcúlese el peso del compuesto que sería extraído al utilizar dos porciones sucesivas de CCl4 de 50.0 mL cada una.

 Extracción simple

Una sola extracción 1X100

 Extracción múltiple

Primera extracción 1X50

Segunda extracción 1X50

Por lo tanto, al reunir las dos soluciones orgánicas tenemos:

X´ + X´´ = 7.2 g + 1.44 g = 8.64 g

Este valor es superior a los 8.0 g obtenidos al realizar una única extracción con el mismo volumen de disolvente orgánico.

c. Efecto salino

Muchas sustancias orgánicas tienen cierta solubilidad en agua y la extracción de tales soluciones no es muy completa. En muchos casos, el procedimiento se mejora agregando una sal como cloruro, sulfato ó carbonato de sodio ya que se presenta una competencia entre el agua por los iones que llegan y las moléculas de soluto. El nuevo tipo de atracción Ion-dipolo es mayor que la atracción existente (puente de hidrógeno ò dipolo-dipolo), resultando una fase acuosa rica en la sal disuelta y una orgánica donde se separa el soluto. Este fenómeno se conoce como efecto salino.

d. Temperatura

La temperatura es un factor muy importante en los procesos de extracción ya que los solutos condensados en general son más solubles en un disolvente cuando este está caliente, un caso contrario sucede para los gases. Este hecho no necesariamente equivale a que la constante de distribución aumente ya que es necesario conocer cuanto varía la solubilidad del soluto en los disolventes en contacto.

Notas:

a. Agentes secantes

Después de muchos procesos de extracción, la solución orgánica esta saturada con agua. Pequeñas cantidades de humedad inhiben la cristalización de muchos sólidos. Además, muchos líquidos, cuando destilan en presencia de agua, reaccionan con ésta (se hidrolizan) ó codestilan con el agua a temperaturas muy diferentes a sus puntos de ebullición. Por estas razones, el paso final, antes de la obtención del soluto desde la solución derivada de la extracción es la eliminación del agua a través de algún proceso

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