Universidad Nacional Del Callao - FIQVolumen Molar Parcial Introducción 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 líquido 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 lixiviacion 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 líquida 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 Laboratorio de Físico-Química II 2 Universidad Nacional Del Callao - FIQ Volumen Molar Parcial 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). Laboratorio de Físico-Química II 3 Universidad Nacional Del Callao - FIQ Volumen Molar Parcial EXTRACCION I. Objetivos - II. Determinar la eficiencia (η) de la extracción de un soluto en dos solventes inmiscibles sea por partes o extracción total. Fundamento teórico Un sistema simple de extracción líquido-líquido está compuesto por un soluto y dos líquidos inmiscibles entre sí. En la práctica, algunos otros componentes se encuentran presentes, tales como: extractantes, modificadores y agentes sinérgicos; cuya función es favorecer el coefiente de distribución del soluto de una fase a la otra. Se conoce el uso de extractantes que contienen en su molécula átomos de azufre y/o oxígeno para la separación selectiva de metales valiosos o de importancia ambiental. De hecho, una línea de investigación novedosa es la síntesis de extractantes para su aplicación en separaciones específicas y selectivas. La recuperación de metales tóxicos o de valor comercial con la extracción con solventes es un método de separación de aplicación actual. Otra alternativa para la separación de especies metálicas es el empleo de membranas poliméricas. Este sistema consiste de dos fases separadas por la membrana. De un lado de la membrana se tiene la fase de alimentación, que contiene el analito a separar, mientras que del otro lado de la membrana se encuentra la fase de reextracción. Usualmente ambas fases son soluciones acuosas, lo cual es una gran ventaja. La membrana debe ser permeable al analito que se desea que migre a través de la membrana. La optimización de este sistema continuo de extracción-reextracción se realiza a través del estudio de la permeabilidad, selectividad y estabilidad de la membrana. Coeficiente de Reparto Cuando una sustancia se distribuye entre dos líquidos miscibles entre sí o ligeramente miscibles, la relación de las concentraciones de dicha sustancia en las dos fases será constante, independientemente de la cantidad de soluto que se disuelva o del volumen de líquido empleado. Esta distribución está sujeta a las siguientes condiciones: a) El reparto se debe efectuar a temperatura constante durante todo el proceso, puesto que la temperatura influye sobre la cantidad de soluto disuelta en cada líquido, de forma que para cada temperatura de trabajo el equilibrio de distribución del soluto en los distintos disolventes será distinto. Laboratorio de Físico-Química II 4 Universidad Nacional Del Callao - FIQ Volumen Molar Parcial b) No debe producirse ninguna reacción química entre ninguno de los componentes del sistema, ya que si se forma un nuevo producto, esto falsearía los datos referidos a las concentraciones del soluto inicial. c) Las disoluciones deben ser diluidas. A altas concentraciones aparecen interacciones entre soluto y disolventes que interfieren en la proporción en la que el soluto se distribuye en las distintas fases. Bajo estas condicionantes podemos formular la siguiente ley de distribución que podemos considerar un caso particular de la Ley de Henry: A efectos prácticos, esta ley permitiría predecir la concentración final de soluto en las distintas fases, siempre y cuando conozcamos el valor del Coeficiente de Reparto para un sistema determinado y estemos trabajando bajo las condicionantes en las cuales se cumple esta ley de distribución. En la bibliografía podemos encontrar tablas en las que se listan valores de Coeficientes de Reparto para distintos solutos, distintos disolventes y condiciones; sin embargo, podemos necesitar valores de dicha constante que no se encuentren en la bibliografía. Es importante mencionar que la realidad es que cuando se realizan sucesivamente una serie de determinaciones con concentraciones diferentes, pocas veces se encuentra que la relación C1/C2 permanece constante. Uno de los ensayos clásicos, donde se cumple la ley anterior en un margen relativamente grande, es el reparto de ácido acético entre agua y éter. Laboratorio de Físico-Química II 5 Universidad Nacional Del Callao - FIQ Volumen Molar Parcial III. Materiales y equipos Materiales Matraz Erlenmeyer Matraz esférico con tapa Vaso de precipitado Bureta Pera de decantación Probeta Pipeta Soporte universal Reactivos Ácido acético en cloroformo: CH 3COOH ( Cloroformo) IV. 0,5N Agua Fenolftaleína Hidróxido de sodio NaOH 0.2N PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL EXTRACCIÓN TOTAL 1. En un matraz colocamos 30mL de ácido acético en CH COOH 3 ( Cloroformo) cloroformo ( 0,5N) y añadimos 30 mL de H2O. 2. Agitar la mezcla durante 40’. 3. Armamos el montaje para la separación de los componentes de la muestra CH 3COOH ( Cloroformo) y CH 3COOH ( H 2O ) , haciendo uso de una pera de decantación. Dejar en reposo 5 minutos. Laboratorio de Físico-Química II 6 Universidad Nacional Del Callao - FIQ Volumen Molar Parcial 4. Luego separamos las fases. Del extractor C H 3 COO H (H 2 O) CH COOH 3 ( Cloroformo) tomamos 3ml en un matraz y del Refinado tomamos 15 ml, en otro matraz. 5. Titular el Extractor y el Refinado con NaOH 0,2N, usando 3 gotas de fenolftaleína como indicador. EXTRACCIÓN PARCIAL 1. En un matraz colocamos 30mL de ácido acético en cloroformo ( CH 3COOH ( Cloroformo) 2. 3. 4. 5. 6. V. 0,5N) y añadimos 10 mL de H2O. Agitar 40’. Separamos las fases en la pera de decantación. Del Extractor tomar 3mL y titular. Al Refinado añadirle 10mL de H2O y agitar 40’. Repetir el paso 2; 3(pero con 6 mL de Extractor) y 4. Separar las fases, tomar 9 mL del Extractor y titular. Tomar todo el Refinado obtenido y titular. CÁLCULOS 1. Extracción total : Titulación de la fase orgánica SUSTANCIA CH 3 COOH (eter ) CH 3 COOH (eter ) 0 .5 N VOLUMEN(ml ) 15ml NaOH 0 .15 N 2ml Titulación de la fase acuosa CH 3 COOH (agua) SUSTANCIA VOLUMEN(ml) CH 3 COOH (agua ) 3ml NaOH 0 .15 N 8ml Procedemos a calcular la eficiencia n= Laboratorio de Físico-Química II X 0−X 1 × 100 X0 7 Universidad Nacional Del Callao - FIQ Volumen Molar Parcial Donde: X0 - X1: gr de CH3COOH extraídos en la fase acuosa X0 : gr de CH3COOH en la fase orgánica (totales) X0 Hallando X 0 =30 ml CH 3 COOH × 1L 0.5 eq 60 gr CH 3 COOH × × 1000 ml L 1 eq X 0 =0.9 gr CH 3 COOH Para la fase acuosa : Volumen total 30ml CH 3 COOH ¿ agua ¿ total ¿ V¿ CH ¿ ¿ 3 COOH ¿agua ¿ ¿ V¿ W= V total( NaOH )=W ml ; V NaOH =8 ml ; 30 ml × 8 ml =80 ml NaOH 3 ml ¿ eq NaOH =¿ eq CH 3 COOH Luego : N NaOH V NaOH = mCH COOH P eq CH 3 COOH 3 X 1=mCH COOH =N NaOH . V NaOH . P eq CH 3 COOH 3 X 1 :mCH COOH = 3 60 gr CH 3 COOH 0.15 eq 1L . .80 ml . L 1000 ml 1 eq X 0 −X 1 : mCH COOH =0.72 gr CH 3 COOH 3 Laboratorio de Físico-Química II 8 Universidad Nacional Del Callao - FIQ Volumen Molar Parcial La eficiencia para la extracción total será : n= 0.72 × 100=80 0.9 2. Extracción parcial : Primera extracción CH 3 COOH (agua) Titulación de la fase acuosa Hallando SUSTANCIA VOLUMEN(ml) CH 3 COOH (agua ) 3ml NaOH 0 .15 N 18ml X0 X 0 =30 ml CH 3 COOH × 1L 0.5 eq 60 gr CH 3 COOH × × 1000 ml L 1 eq X 0 =0.9 gr CH 3 COOH Para la fase acuosa : Volumen total 10ml CH 3 COOH ¿ agua ¿ total ¿ V¿ CH ¿ ¿ 3 COOH ¿agua ¿ ¿ V¿ Laboratorio de Físico-Química II V total( NaOH )=a ml ; ; V NaOH =18 ml 9 Universidad Nacional Del Callao - FIQ Volumen Molar Parcial a= 10 ml × 18 ml =60 ml NaOH 3 ml ¿ eq NaOH =¿ eq CH 3 COOH Luego : N NaOH V NaOH = mCH COOH P eq CH 3 COOH 3 X 1=mCH COOH =N NaOH . V NaOH . P eq CH 3 COOH 3 X 1 :mCH COOH = 3 60 gr CH 3 COOH 0.15 eq 1L . .60 ml . L 1000 ml 1 eq X 1 :mCH COOH =0.54 gr CH 3 COOH 3 La eficiencia para la primera extracción n= 0.54 ×100=60 0.9 Segunda extracción Titulación de la fase acuosa Hallando CH 3 COOH (agua) SUSTANCIA VOLUMEN(ml) CH 3 COOH (agua ) 6ml NaOH 0 .15 N 9ml X0 X 0 =mrestante =0.54 gr Para la fase acuosa : Volumen total 10ml Laboratorio de Físico-Química II 10 Universidad Nacional Del Callao - FIQ Volumen Molar Parcial CH 3 COOH ¿ agua ¿ total ¿ V¿ ; CH ¿ ¿ 3 COOH ¿agua ¿ ¿ V¿ b= V total( NaOH )=b ml V NaOH =9 ml ; 9ml ×10 ml =15 ml NaOH 6 ml ¿ eq NaOH =¿ eq CH 3 COOH Luego : mCH COOH P eq CH 3 COOH X 1=mCH COOH =N NaOH . V NaOH . P eq CH 3 COOH N NaOH V NaOH = 3 3 X 1 :mCH COOH = 3 60 gr CH 3 COOH 0.15 eq 1L . .15 ml . L 1000 ml 1 eq X 1 :m CH COOH =0.135 gr CH 3 COOH 3 La eficiencia para la segunda extracción n= 0.135 ×100=15 0.9 Tercera extracción Titulación de la fase acuosa Hallando CH 3 COOH (agua) SUSTANCIA VOLUMEN(ml) CH 3 COOH (agua ) 9ml NaOH 0 .15 N 4.1ml X0 X 0 =m restante =0.135 gr Laboratorio de Físico-Química II 11 Universidad Nacional Del Callao - FIQ Volumen Molar Parcial Para la fase acuosa : Volumen total 10ml CH 3 COOH ¿ agua ¿ total ¿ V¿ CH ¿ ¿ 3 COOH ¿agua ¿ ¿ V¿ c= V total( NaOH )=c ml ; V NaOH =4.1 ml ; 4.1 ml ×10 ml =4.56 ml NaOH 9 ml ¿ eq NaOH =¿ eq CH 3 COOH Luego : N NaOH V NaOH = mCH COOH P eq CH 3 COOH 3 X 1=mCH COOH =N NaOH . V NaOH . P eq CH 3 COOH 3 X 1 :mCH COOH = 3 60 gr CH 3 COOH 0.15 eq 1L . .4 .56 ml . L 1000 ml 1 eq X 1 :m CH COOH =0.04104 gr CH 3 COOH 3 La eficiencia para la tercera extracción n= 0.04104 ×100=4.56 0.9 Procedemos a calcular la eficiencia para todo el proceso de la extracción parcial n=60+15+4.56=79.56 Laboratorio de Físico-Química II 12 Universidad Nacional Del Callao - FIQ Volumen Molar Parcial n= VI. 0.54 +0.135+0.04104 ×100=79.56 0.9 Conclusiones - Notamos de la experiencia que la mayor eficiencia la obtenemos mediante una extracción parcial, ya que al hacer repeticiones de extracciones utilizando la misma fase orgánica se obtiene mayor eficiencia que la extracción total. - Además durante la extracción parcial en 3 pasos, determinamos que durante la 2da, 1era y 3ra extracción respectivamente se encontró la mayor cantidad de soluto en la fase acuosa. - En este caso el cloroformo actua como solución refinada ya que será de quien se extraiga el soluto (Acido Acetico), mientras que el agua fungirá de solución extractora de Acido Acetico. VII. Bibliografía FISICOQUIMICA Gilbert W Castellan educativa internacional QUIMICA GENERAL - Petrucci, Harwood, Herring- octava edición Prentice Hall P.W.ATKINS: Fisicoquímica; Addison - Wesley-Iberoamericana. Tercera Edición GASTON PONS MUZZO Fisicoquímica ,sexta edición Robert H. Perry. Quinta edición. Volumen 1 Laboratorio de Físico-Química II -segunda edición-fondo - 13
Report "Informe 4 EXTRACCION TOTAL Y PARCIAL.docx"