Indice
1.
Introducción
2. Unidades de
Concentración:
3.
Extracción
Los Métodos de
Separación se basan en diferencias entre las propiedades
físicas de los componentes de una mezcla, tales como:
Punto de Ebullición Densidad,,
Presión
de Vapor, Punto de Fusión,
Solubilidad, etc. Los Métodos
más conocidos son:
Filtración
El procedimiento de
Filtración consiste en retener partículas
sólidas por medio de una barrera, la cual puede consistir
de mallas, fibras, material poroso o un relleno
sólido.
Decantación
El procedimiento de
Decantación consiste en separar componentes que contienen
diferentes fases (por ejemplo, 2 líquidos que no se
mezclan, sólido y líquido, etc.) siempre y cuando
exista una diferencia significativa entre las densidades de las
fases.
La Separación se efectúa vertiendo la fase superior
(menos densa) o la inferior (más densa).
Evaporación
El procedimiento de
Evaporación consiste en separar los componentes mas
volátiles exponiendo una gran superficie de la mezcla. El
aplicar calor y una
corriente de aire seco acelera
el proceso.
Cristalización
Una Solución consta de dos componentes: El Disolvente y el
Soluto. Las Soluciones
pueden ser No-Saturadas, Saturadas y Sobre-Saturadas (Para ver un
gráfico representando soluciones
No-Saturadas, Saturadas y Sobre-Saturadas .
Las Soluciones
No-Saturadas tienen una concentracion de soluto menor que las
soluciones saturadas, y éstas a su vez tienen una
concentración de solucto menor que una solución
sobresaturada. Por ejemplo: Supóngase que se agregan unos
cuantos cristales de Sal Común a un Vaso de Agua. Esta
será una Solución No-Saturada. Si se sigue
añadiendo Sal con agitación se llegará hasta
un punto en el cual los cristales ya no se disuelven. Esta
será una Solución Sobre-Saturada. Si esta
solución se deja reposar y se remueven los cristales que
no se disolvieron, se obtendrá una Solución
Saturada que contendrá la cantidad máxima de soluto
que se puede disolver a la temperatura
actual que llamaremos inicial (Ver Solubilidad). Si enfriamos la
solución Saturada, con el tiempo se
formarán cristales de Sal, ésto se debe a que la
solubilidad de la Sal en el Agua
depende de la Temperatura y
lo que fue una solución saturada a la temperatura
inicial es ahora una solución sobre-saturada a la
temperatura final. Es importante recalcar que una solución
sobresaturada es un sistema
metaestable y que tenderá a estabilizarse, mientras que
una solución saturada es un sistema
estable.
Para efectuar la Cristalización de un Sólido hay
que partir de una Solución Sobre-Saturada. Existen varias
formas de Sobre-Saturar una Solución, una de ellas es el
enfriamiento de la solución, otra consiste en eliminar
parte del Disolvente (Por ejemplo: por evaporación) a fin
de aumentar la concentración del soluto, otra forma
consiste en añadir un tercer componente que tenga una
mayor solubilidad que el componente que se desea cristalizar.
La rapidez del Enfriamiento definirá el tamaño de
los cristales resultantes. Un enfriamiento rápido
producirá cristales pequeños, mientras que un
enfriamiento lento producirá cristales grandes. Para
acelerar la Cristalización puede hacerse una "siembra"
raspando las paredes del recipiente.
g/mL = gramos por mililitro
g/L = gramos por litro
p.p.m. = partes por millón = mg/L, mg/kg, mL/L.
% P = (gramos de soluto)*(100)/ (gramos de Solución)
% V = (mL de soluto)*(100)/(mL de Solución)
% P/V = (gramos de soluto)*(100)/(mL de Solución)
M = Molaridad = moles/L
N = Normalidad = # equivalentes/L
X = Fracción Mol = moles de soluto/moles
totales
Sublimación
La Sublimación aprovecha la propiedad de
algunos compuestos de cambiar del estado
sólido al estado vapor
sin pasar por el estado
líquido. Por ejemplo, el I2 y el CO2
(hielo seco) poseen esta propiedad a
presión
atmosférica.
Destilación
Este método
consiste en separar los componentes de las mezclas
basándose en las diferencias en los puntos de
ebullición de dichos componentes. Cabe mencionar que un
compuesto de punto de ebullición bajo se considera
"volátil" en relación con los otros componentes de
puntos de ebullición mayor. Los compuestos con una
presión
de vapor baja tendrán puntos de ebullición altos y
los que tengan una presión de vapor alta tendrán
puntos de ebullición bajos.
En muchos casos al tratar de separar un componente de la mezcla
por destilación en la fase gas se forma una
especie de asociación entre las moléculas llamada
azeótropo el cual puede presentar un cambio en el
punto de ebullición al realizar la destilación.
Por ejemplo, para determinar humedad (% de agua) en
residuos sólidos se puede hacer uso de una destilación del azeótropo agua-tolueno.
Se agrega una cantidad de tolueno al sólido pulverizado y
se destila, se colecta el destilado en una trampa (Dean-Stark) y
al enfriarse se puede medir la cantidad de agua que queda en el
fondo de la trampa (El tolueno es menos denso que el agua y es
insoluble en ésta).
Los tipos de Destilación más comunes son: La
Destilación Simple, Destilación Fraccionada y la
Destilación por Arrastre con Vapor. En la
Destilación Simple, El proceso se
lleva a cabo por medio se una sola etapa, es decir, que se
evapora el líquido de punto de ebullición
más bajo (mayor presión de vapor) y se condensa por
medio de un refrigerante
En la Destilación fraccionada el proceso se
realiza en multi-etapas por medio de una columna de
destilación en la cual, se llevan a cabo continuamente
numerosas evaporaciones y condensaciones. Al ir avanzando a lo
largo de la columna, la composición del vapor es
más concentrada en el componente más volátil
y la concentración del líquido que condensa es
más rica en el componente menos volátil. Cabe
mencionar que este tipo de destilación es mucho más
eficiente que una destilación simple y que mientras
más etapas involucre, mejor separación se obtiene
de los componentes
En la Destilación por Arrastre con Vapor se hace pasar una
corriente de vapor a través de la mezcla de
reacción y los componentes que son solubles en el vapor
son separados. Entre las sustancias que se pueden separar por
esta técnica se pueden citar los Aceites
Esenciales
Cuando los solutos se distribuyen libremente entre dos
solventes inmiscibles se establece una diferencia entre las
relaciones de concentración en el equilibrio. La
Distribución de un soluto entre dos
solventes inmiscibles está gobernada por la "Ley de Distribución". Supóngase que la
especie del soluto A se deja distribuir entre una fase acuosa y
otra orgánica.
La relación de concentraciones de A entre las fases acuosa
y orgánica será constante e indepenciente de la
cantidad total de A.
K = [Ao]/[Aw]
donde K es el coeficiente de Reparto
Para un sistema en donde
no se consideran equilibrios alternos la cantidad que queda
remanente después de la extracción (xn) se
representa por la ecuación:
- xn = gramos remanentes del soluto x
- Vw = mL de fase acuosa
- Vo = mL de Fase Orgánica
- K = Constante de Reparto
- a = gramos iniciales del soluto
x - n = número consecutivo de extracciones
(Nota: esta ecuación es válida solamente si las
porciones son iguales)
Ejemplo: El Coeficiente de Reparto del Yodo entre
CCl4 y agua es 85. Calcúlese el número
de gramos de Yodo remanente en 100 mL de una solución
acuosa que tenía una concentración original de 1 x
10-3 milimoles en 100 mL después de la extracción
con 2 porciones sucesivas de 50 mL de CCl4.
Haga una comparación realizando una sola extracción
con 100 mL de CCl4 para demostrar que las extracciones
en varias etapas son más eficientes que en una sola.
La extracción a contra-corriente o continua es una
combinación de extracción con destilación
que permite el reciclado del solvente de extracción,
resultando en un proceso más eficiente.
Cromatografía
La palabra Cromatografía significa "Escribir en
Colores" ya que
cuando fue desarrollada los componentes separados eran
colorantes. Los componentes de una mezcla pueden presentar una
diferente tendencia a permanecer en cualquiera de las fases
involucradas. Mientras más veces los componentes viajen de
una fase a la otra (partición) se obtendrá una
mejor separación.
Las técnicas
cromatográficas se basan en la aplicación de la
mezcla en un punto (Punto de Inyección o
4. Clasificación de
la Cromatografía
Cromatografía en Columna:
En este caso se utilizan columnas de vidrio rellenas
de Alúmina (Al2O3), Sílica u
Oxido de Magnesio.
Cromatografía en Capa Fina.
En este caso se utiliza una placa de vidrio recubierta
con fase estacionaria (generalmente del tipo descrito en la
Cromatografía en Columna con algunas variantes)
manteniendo un pequeño espesor constante a lo largo de la
placa. Esta se coloca en una cuba
cromatografica la cual debe encontrarse saturada con el eluente
(Fase Móvil líquida). El eluente ascenderá
por la placa y arrastrará los componentes a lo largo de
ésta produciendo "manchas" de los componentes. Si los
componentes no son coloreados se requerirán técnicas
de revelado (Adición de Ninhidrina a aminas, Acido
sulfúrico para carbonizar compuestos
orgánicos, etc) o visores ultravioleta.
Cromatografía en Papel
El proceso es básicamente el mismo, solo que se usan tiras
de papel
cromatográfico en la cuba
cromatográfica.
Cromatografía de Líquidos de Alta Eficiencia
(HPLC)
Es parecida a la Cromatografía en Columna, sólo que
se aplica el flujo a presión (entre 1500 a 2200 psi), el
tamaño de partícula es entre 3 y 10 micras, la
longitud de la columna es entre 5 y 25 cm y requiere de equipo
sofisticado.
Fase Normal
La Fase Móvil es No-Polar (Hexano, Tetracloruro de
Carbono,
Benceno, etc) y la Fase Estacionaria es Polar (Generalmente
Sílica).
Fase Inversa.
La Fase Móvil es Polar (Agua, Soluciones "Amortiguadoras
de pH",
Acetonitrilo, Metanol, etc.) y la Fase Estacionaria es No-Polar
(Generalmente Sílica injertada con cadenas de grupos
orgánicos de 8 y 18 átomos de Carbón (C8 y
C18).
Intercambio Iónico
La Fase Estacionaria es una resina de Intercambio Iónico y
tiene la propiedad de
separar especies ionizadas (Cationes o Aniones). La Fase
Móvil es generalmente una Solución Amoriguadora de
pH.
Exclusión
La Fase Estacionaria está constituída de
partículas altamente porosas que permiten la
separación de los componentes en función
del tamaño de las moléculas. A la Fase Estacionaria
se le llama también Malla Molecular. El Cromatograma
obtenido representa la distribución de Pesos
Moleculares.
Cromatografía de Gases (CG)
La Fase Móvil es un Gas (llamado
Gas Portador o
Acarreador) y la Fase Estacionaria puede ser un sólido
(Cromatografía Gas-Sólido) o una Película de
líquido de alto punto de ebullición (Generalmente
Polietilén-Glicol o Silicón) recubriendo un
sólido inerte (Cromatografía Gas-Líquido).
diagrama de un
Cromatógrafo de Gases (CG)
Los compuestos que se pueden separar por cromatografía de
gases deben
ser Volátiles y Térmicamente Estables. ilustración en donde se visualizan los
tipos de Cromatografía más comunes.
Autor:
Jairo romano.