Extracción liquido-liquido

I. OBJETIVOS:

1. Construcción del diagrama equilibrio liquido-líquido para un sistema cloroformo-agua-ácido acético.

II. MARCO TEORICO:

La extracción líquido-líquido, también conocida como extracción con

solventes o extracción con disolventes, es un proceso químico empleado para separar

una mezcla utilizando la diferencia de solubilidad de sus componentes entre dos

líquidos inmiscibles o parcialmente miscibles (por ejemplo, agua y cloroformo, o éter

etílico y agua).

En la extracción líquido-líquido se extrae del seno de un líquido A una sustancia

(soluto) poniendo A en contacto con otro liquido B, inmiscible o parcialmente miscible

con A, que tiene mayor afinidad por el soluto, pasando la sustancia del seno del líquido

A al seno de B.

Con esta operación se busca concentrar un analito o bien separarlo de una matriz

compleja o con interferentes

El proceso de lixiviación líquido-líquido separa dos sustancias miscibles o polares

(yodo+ agua) entre sí por medio de una tercera sustancia, por ejemplo tetracloruro de

carbono, que sea miscible con la sustancia a extraer (yodo) pero no sea miscible con

la sustancia de separación (agua).

Este proceso también se le conoce como extracción liquida o extracción con

disolvente; sin embargo, este último término puede prestarse a confusión, porque

también se aplica a la lixiviación de una sustancia soluble contenida en un sólido.

La transferencia del componente disuelto (soluto) se puede mejorar por la adición de

agentes saladores a la mezcla de alimentación o la adición de agentes "formadores de

complejos" al disolvente de extracción. En algunos casos se puede utilizar una

reacción química para mejorar la transferencia como por ejemplo, el empleo de una

solución cáustica acuosa (como una solución de hidróxido de sodio), para extraer

fenoles de una corriente de hidrocarburos. Un concepto más complicado de la

extracción líquido-líquido se utiliza en un proceso para separar completamente

dos solutos. Un disolvente primario de extracción se utiliza para extraer uno de los

solutos presentes en una mezcla (en forma similar al agotamiento en destilación) y un

disolvente lavador se utiliza para depurar el extracto libre del segundo soluto

(semejante a la rectificación en destilación).

El estudio del equilibrio líquido-líquido, es la base para operaciones tal como la extracción líquido-líquido, en la cual las dos fases que se encuentran son química mente muy diferentes lo

que conduce a una separación de los componentes de acuerdo con sus propiedades físicas y químicas.

Extracción líquido-líquido simple

La extracción líquido-líquido es un método muy útil para separar componentes de una mezcla. El éxito de este método depende de la diferencia de solubilidad del compuesto a extraer en dos disolventes diferentes. Cuando se agita un compuesto con dos disolventes inmiscibles, el compuesto se distribuye entre los dos disolventes. A una temperatura determinada, la relación de concentraciones del compuesto en cada disolvente es siempre constante, y esta constante es lo que se denomina coeficiente de distribución o de reparto (K = concentración en disolvente 2 / concentración en disolvente 1).

Es frecuente obtener mezclas de reacción en disolución o suspensión acuosa (bien porque la reacción se haya llevado a cabo en medio acuoso o bien porque durante el final de reacción se haya añadido una disolución acuosa sobre la mezcla de reacción inicial). En estas situaciones, la extracción del producto de reacción deseado a partir de esta mezcla acuosa se puede conseguir añadiendo un disolvente orgánico adecuado, más o menos denso que el agua, que sea inmiscible con el agua y capaz de solubilizar la máxima cantidad de producto a extraer pero no las impurezas que lo acompañan en la mezcla de reacción. Después de agitar la mezcla de las dos fases para aumentar la superficie de contacto entre ellas y permitir un equilibrio más rápido del producto a extraer entre las dos fases, se producirá una transferencia del producto deseado desde la fase acuosa inicial hacia la fase orgánica, en una cantidad tanto mayor cuanto mayor sea su coeficiente de reparto entre el disolvente orgánico de extracción elegido y el agua. Unos minutos después de la agitación, las dos fases se separan de nuevo, espontáneamente por decantación, debido a la diferencia de densidades entre ellas, con lo que la fase orgánica que contiene el producto deseado se podrá separar mediante una simple decantación de la fase acuosa conteniendo impurezas. La posición relativa de ambas fases depende de la relación de densidades. Dado que después de esta extracción, la fase acuosa frecuentemente aún contiene cierta cantidad del producto deseado, se suele repetir el proceso de extracción un par de veces más con disolvente orgánico puro.

Una vez finalizada la operación de extracción, se tiene que recuperar el producto extraído a partir de las fases orgánicas reunidas. Para ello, se tiene que secar la fase orgánica resultante con un agente desecante, filtrar la suspensión resultante y finalmente eliminar el disolvente orgánico de la disolución seca conteniendo el producto extraído por destilación o evaporación.

Aunque normalmente la extracción se utiliza para separar el producto deseado selectivamente de una mezcla, a veces lo que se pretende con la extracción es eliminar impurezas no deseadas de una disolución.

Características del disolvente de extracción

La extracción selectiva de un componente de una mezcla disuelta en un determinado disolvente se puede conseguir añadiendo otro disolvente que cumpla las siguientes condiciones.

Que no sea miscible con el otro disolvente. El agua o una disolución acuosa suele ser uno de los disolventes implicados. El otro disolvente es un disolvente orgánico.

Que el componente deseado sea mucho más soluble en el disolvente de extracción que en el disolvente original.

Que el resto de componentes no sean solubles en el disolvente de extracción. Que sea suficientemente volátil, de manera que se pueda eliminar fácilmente del producto

extraído mediante destilación o evaporación. Que no sea tóxico ni inflamable, aunque, desgraciadamente hay pocos disolventes que

cumplan los dos criterios: hay disolventes relativamente no tóxicos pero inflamables como el hexano, otros no son inflamables pero sí tóxicos como el diclorometano o el cloroformo, y otros son tóxicos e inflamables como el benceno.

Disolventes inmiscibles con el agua: Disolventes utilizados con mayor frecuencia

Cuanto más polar es el disolvente orgánico, más miscible (soluble) es con el agua. Por ejemplo, disolventes polares como el metanol, el etanol o la acetona son miscibles con

el agua, y por lo tanto, no son adecuados para extracciones líquido-líquido. Los disolventes orgánicos con baja polaridad como el diclorometano, el éter dietílico, el

acetato de etilo, el hexano o el tolueno son los que se suelen utilizar como disolventes orgánicos de extracción.

Tabla de disolventes de extracción comúnmente utilizados

Nombre Fórmula Densidad

(g/mL)1

Punto de

ebullición

(ºC)

Peligrosidad

Disolventes de extracción menos densos que el agua

Éter dietílico (CH3CH2)2O 0,7 35 Muy inflamable,

tóxico

Hexano C6H14 ≈ 0,7 > 60 Inflamable

Benceno C6H6 0,9 80 Inflamable, tóxico,

carcinógeno

Tolueno C6H5CH3 0,9 111 Inflamable

Acetato de

etilo

CH3COOCH2CH3 0,9 78 Inflamable, irritante

Disolventes de extracción más densos que el agua

Diclorometano CH2Cl2 1,3 41 Tóxico

Cloroformo CHCl3 1,5 61 Tóxico

Tetracloruro

de carbono

CCl4 1,6 77 Tóxico

Repetición del proceso de extracción

Después de una primera extracción se produce un reparto del compuesto a extraer entre el disolvente de extracción y la fase inicial. Como la fase inicial suele contener aún una cantidad apreciable del compuesto a extraer, variable en función de su coeficiente de reparto entre los dos disolventes implicados, es recomendable repetir el proceso de extracción con nuevas cantidades de disolvente de extracción, para optimizar su separación. Es más eficiente una extracción con n porciones de un volumen V / n de disolvente de extracción que una sola extracción con un volumen V de disolvente. Por lo tanto, cuanto mayor sea el número de extracciones con volúmenes pequeños de disolvente de extracción, mayor será la cantidad de producto extraído, o dicho de otra forma, “mejor muchos de poco que pocos de mucho”.

Extracción líquido-líquido continua

La extracción líquido-líquido simple, que es el procedimiento de extracción más utilizado en el laboratorio químico, se suele utilizar siempre que el reparto del

compuesto a extraer en el disolvente de extracción es suficientemente favorable. Cuando eso no es así, y la solubilidad del compuesto a extraer en los disolventes de extracción habituales no es muy elevada se suele utilizar otro procedimiento que implica una extracción continua de la fase inicial (normalmente una fase acuosa) con porciones nuevas del disolvente orgánico de extracción. Para evitar utilizar grandes volúmenes de disolvente de extracción, el proceso se hace en un sistema cerrado en el que el disolvente de extracción se calienta en un matraz y los vapores del disolvente se hacen condensar en un refrigerante colocado sobre un tubo o cámara de extracción que contiene la disolución acuosa a extraer. El disolvente condensado caliente se hace pasar a través de la disolución acuosa, para llegar finalmente, con parte del producto extraído, al matraz inicial, donde el disolvente orgánico se vuelve a vaporizar, repitiendo un nuevo ciclo de extracción, mientras que el producto extraído, no volátil, se va concentrando en el matraz.

Aplicaciones para la extracción liquido liquido

Separación de compuestos inorgánicos como ácido fosfórico, ácido bórico e hidróxido de sodio.

Recuperación de compuestos aromáticos. Refinación de aceites lubricantes y disolventes En la extracción de productos que contienen azufre. Obtención de ceras parafínicas Desulfuración de productos petrolíferos Productos farmacéuticos Ejemplo en la obtención de la penicilina Industria alimentaría Obtención de metales costosos, Ej como uranio-vanadio.

Equipos para la Extracción líquido-líquido

Extracción en etapas múltiples flujo cruzado

Extracción en etapas múltiples en contracorriente

Equipos

Extracción por etapas:o Mezclador - sedimentadoro Torres platos perforadoso Columnas de bandejas

Extracción por contacto continuo diferencial:o Torres de pulverizacióno Torres de rellenoo Columnas pulsadaso Extractores centrífugos

COORDENADAS TRIANGULARES EQUILÁTERAS

SISTEMA DE TRES COMPONENTES

Dos de ellos parcialmente solubles (más frecuente extracción líquida)

Ejemplos:

agua (A) - cloroformo (B) - acetona (C)

benceno (A) - agua (B) - ácido acético (C)

Cada representación gráfica es válida para una determinada temperatura

C es totalmente soluble en A y en B

A y B son dos líquidos parcialmente solubles.

K y L disoluciones líquidas saturadas. Máximos de saturación de A y B.

Si mezclamos los líquidos A y B en composiciones inferiores a los límites A y L se nos separarían en dos fases.

Cuanto más cerca esté L y K de los vértices, más insolubles son.

J dos mezclas saturadas de composición L y K. (Dos fases distintas)

Curva LRPEK curva binodal de solubilidad

Fuera de la curva 1 fase líquida

Para un punto dentro de la curva M, se nos separa en dos fases líquidas inmiscibles de composición E y R. Las dos disoluciones saturadas R (rica en A) y E (rica en B), están en equilibrio.

Línea RE Línea de unión o línea de reparto une composiciones en el equilibrio.

Normalmente las líneas de unión no son paralelas.

Sistema solutrópico presenta una línea de unión horizontal.

Las líneas de unión confluyen en un punto (P) punto de pliegue (representa la última línea de unión)

En este punto la composición del refinado y del extracto va a ser la misma. No coincide con el máximo de la curva de solubilidad.

En la curva de distribución representamos la fracción en peso de C en el extracto frente a la fracción en peso de C en el refinado.

Si Concentrac. de C en E > concentrac. de C en R

Por tanto:

Si yE* > xR C favorece a E en el equilibrio

si yE* < xR C favorece a R en el equilibrio

y*/x coeficiente de distribución

III. MATERIAL:

Buretas Pipetas Matraces Vasos de precipitado

Picnómetros Embudo de separación Pinzas de separación

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

1. Colocar 4 en cuatro buretas:

Agua destilada

Ácido Acético glacial Cloroformo Hidróxido de sodio 0.5 N

A) Determinación de la curva binodal:

Para refinado:

N° muestra

Ácido Acético(ml)

Agua(ml)

1 1.5 152 3.5 153 5.5 84 12 8

Titular con cloroformo

Se debe trabajar a temperatura constante

Durante la titulación con cloroformo, después de cada gota de titulación agitar vigorosamente el matraz y se toma como punto final cuando aparece la primera turbiedad permanente .esta turbiedad es producida por la formación de una segunda fase liquida con un índice de refracción diferente.

Para extracto:

N° muestra

acido acerico (ml)

cloroformo (ml)

1 10 1.752 10 4.53 7.5 7.54 7.5 21

Las mezclas de ácido acético en cloroformo, según las cantidades ya indicadas se titulan con agua hasta permanecer una ligera turbiedad a la temperatura ambiente. Se calcula en % de cada componente presente en la primera aparición de la segunda fase. Graficar las composiciones sobre el diagrama ternario.

V. DATOS:

Sistema cloroformo-agua-ácido acético

REFINADO EXTRACTOCLOROFORMO AGU

AACIDO ACETICO CLOROFORMO AGU

AACIDO ACETICO

99.01 0.99 0.0 0.84 99.16 0.091.85 1.38 6.77 1.21 73.69 25.180 2.28 17.72 7.3 48.58 44.1270.13 4.12 25.75 15.11 34.71 50.1867.15 5.2 27.65 18.33 31.11 50.5659.99 7.93 32.08 25.2 25.39 49.4155.81 9.53 34.61 28.85 23.28 47.87

Anexadas los diagramas

Gastos al realizar las titulaciones:

Para el refinado:

16.818.914.522.7

8.9 89.3 1.818.5 79.4 2.137.9 55.2 6.9

N° de muestra

ácido acético(ml)

Agua(ml) Gastos(ml)

1 1.5 15 0.32 3.5 15 0.43 5.5 8 14 12 8 2.7

52.9 35.2 11.9

Rectificando el punto el punto tres de refinado

El gasto que se tuvo que hacer fue de 0.5

Porcentajes en peso

8.9 89.3 1.818.5 79.4 2.139.3 57.1 3.652.9 35.2 11.9

Para el extracto:

Porcentajes en peso para cada sustancia

49.6 8.7 41.751.3 23.1 25.643.4 43.4 13.326.0 72.7 1.4

N° de muestra

ácido acético(ml)

Agua(ml) Gastos(ml)

1 1.5 15 0.32 3.5 15 0.43 5.5 8 0.54 12 8 2.7

N° muestra

Ácido acético(ml)

Cloroformo(ml) Gastos(ml)

1 10 1.75 8.42 10 4.5 53 7.5 7.5 2.34 7.5 21 0.4

20.1519.517.328.9

BIBLIOGRAFIA:

1.-http://html.rincondelvago.com/extraccion-de-liquidos.html