Extracción con solvente: Definición y proceso

¿Qué es la extracción por solvente?

La extracción por solvente , también llamada extracción líquido-líquido (LLE) y partición , es un método para separar compuestos en función de sus solubilidades relativas en dos líquidos inmiscibles diferentes. Los líquidos inmiscibles son aquellos que no pueden mezclarse y separarse en capas cuando se agitan. Estos líquidos suelen ser agua y un disolvente orgánico. LLEes una extracción de una sustancia de un líquido a otra fase líquida. El uso más común del principio de distribución es la extracción de sustancias mediante disolventes, que a menudo se emplean en un laboratorio o en la fabricación a gran escala. Los compuestos orgánicos son generalmente mucho más solubles en solventes orgánicos, como benceno, cloroformo y éter, que en agua y estos solventes son inmiscibles con agua. Los compuestos orgánicos se separan entonces con bastante facilidad de la mezcla con compuestos inorgánicos en medio acuoso añadiendo benceno, cloroformo, etc. Al agitar, estos se separan en dos capas. Dado que los compuestos orgánicos tienen su relación de distribución en gran parte a favor de la fase de benceno, más de ellos pasarían a una capa no acuosa. Finalmente, esta capa no acuosa se retira y se destila para obtener el compuesto purificado.

El proceso de extracción por solvente

En dicha extracción con solvente, es ventajoso realizar la extracción en etapas sucesivas utilizando lotes más pequeños de solventes en lugar de realizar la extracción una vez usando el lote completo. Supongamos que hay un soluto A presente en 100 cc de agua, y para su extracción se utilizarán 100 cc de éter. Ahora suponga que el coeficiente de distribución de A entre el éter y el agua es 4, lo que significa:

K = Concentración de A en éter / Concentración de A en agua = 4

(i) Cuando se usa la totalidad de 100 cc de éter a la vez para la extracción, suponga que w 1 gramo de soluto pasa a la capa de éter y w 2 gramos quedan en la capa acuosa, de modo que:

w 1 /100 dividido por w 2 /100 = 4

Es decir: w 1 / w 2 = 4

o w 1 / w 1 + w 2 = 4/5

Esto significa que 100 cc de éter han separado 4/5 (o el 80%) del soluto originalmente presente.

(ii) Ahora usemos 100 cc de éter en dos extracciones sucesivas, usando 50 cc cada vez. En la primera etapa:

w 1 /50 dividido por w 2 /100 = 4

o, w 1 / w 2 = 2

o w 1 / w 1 + w 2 = 2/3

En la primera extracción se extraen 2/3 (es decir, 66,7%). Entonces, 1/3 de la cantidad original todavía se retiene en medio acuoso. En la segunda extracción, nuevamente usando 50 cc de éter, extraeremos 2/3 de 1/3 (es decir, 2/9) de la cantidad original. En otras palabras, en dos extracciones utilizando el mismo éter de 100 cc podemos separar (2/3 + 2/9), o el 88,9%, de la cantidad original del compuesto. Por tanto, una extracción en dos etapas es más eficaz. Si se utilizan los mismos 100 cc de solución en cuatro o cinco lotes, se podría extraer una proporción aún mayor.

Se puede sugerir fácilmente una fórmula generalizada para la cantidad que queda sin extraer después de un número determinado de operaciones. Supongamos que se extraen V cc de una solución que contiene x 0 gramos de una sustancia con L cc de disolvente. Deje que x 1 gramo de sustancia permanezca sin extraer en la capa de agua. Entonces la concentración de la sustancia en el solvente = x 0 – x 1 / L, mientras que la concentración de la sustancia en el agua = x 1 / V

Entonces, el coeficiente de distribución, K = x 1 / V dividido por x 0 – x 1 / L

o, x 1 = KV (x 0 – x 1 ) / L = x 0 (KV / KV + L)

Si se realiza una segunda extracción (nuevamente, realizada con L cc de solvente), la cantidad no extraída sería:

x 2 = x 1 * KV / KV + L = x 0 * KV / KV + L * KV / KV + L = x 0 (KV / KV + L) 2

Entonces, después de la enésima extracción, la cantidad que queda sería:

x n = x 0 (KV / KV + L) n

Si la cantidad total del disolvente de extracción se utiliza en un lote, la cantidad no extraída x será:

x = x 0 (KV / KV + nL)

Problema de muestra

Trabajemos en un problema de muestra para comprender la extracción con solvente.

El coeficiente de reparto de un alcaloide entre cloroformo y agua es 20, siendo el alcaloide más soluble en cloroformo. Compare los pesos del alcaloide que queda en solución acuosa después de agitar 100 cc que contienen 1 gramo (a) con 100 cc de cloroformo y (b) con dos cantidades sucesivas de 50 cc de cloroformo.

El coeficiente de distribución K = Concentración en agua / Concentración en cloroformo = 1/20

(a) Cuando se utilizan 100 cc de cloroformo en un lote, la cantidad no extraída es:

x u = 1 * (KV / KV + L) = (1/20 * 100 dividido por 1/20 * 100 + 100) = 5/105 = 0.0476 gramos

(b) Cuando se utilizan 50 cc de cloroformo en cada una de las dos etapas, la cantidad no extraída es:

x u = 1 * (KV / KV + L) 2 = (1/20 * 100 dividido por 1/20 * 100 + 50) 2

= (5/55) 2 = 0.0083 gramos

Resumen de la lección

Revisemos. La extracción con solvente es un método para separar compuestos en base a sus solubilidades relativas en dos líquidos inmiscibles diferentes, generalmente agua y un solvente orgánico. Es ventajoso realizar la extracción en etapas sucesivas utilizando lotes más pequeños de disolventes en lugar de realizar la extracción una vez utilizando el lote completo.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador