Practica N 3 Organica.docx

Practica n 3

TECNICAS DE EXTRACCION 1. Introducción La extracción es un procedimiento de separación de una sustancia a partir de una mezcla solida o liquida, que puede disolverse en dos disolventes no miscibles entre sí, con distinto grado de solubilidad y que están en contacto a través de una interface. En un laboratorio químico, es frecuente utilizar mezclas complejas de diferentes compuestos. Casi siempre que se lleva a cabo una reacción de preparación de un compuesto determinado, es necesario separar este producto de la mezcla de reacción donde puede haber subproductos formados en la reacción, sales u otras impurezas. Así, en el laboratorio químico la separación y la purificación del producto deseado son tan importantes como la optimización de su síntesis, con lo cual, además de mejorar las condiciones de reacción buscando un elevado rendimiento de formación del producto deseado, se tienen que plantear procesos eficientes de separación que permitan una recuperación máxima del producto a partir de la mezcla de reacción. La extracción es una de las técnicas más útiles para hacerlo. La separación de un compuesto por extracción se basa en la transferencia selectiva del compuesto desde una mezcla sólida o líquida con otros compuestos hacia una fase líquida (normalmente un disolvente orgánico). El éxito de la técnica depende básicamente de la diferencia de solubilidad en el disolvente de extracción entre el compuesto deseado y los otros compuestos presentes en la mezcla inicial. El principal objetivo de la extracción es separar selectivamente el producto de una reacción, o bien eliminar las impurezas que lo acompañan en la mezcla de reacción, gracias a sus diferencias de solubilidad en el disolvente de extracción elegido.

2. Objetivos

3. Marco teórico La mezcla resultante de una reacción puede contener, además del producto deseado, producto de partida sin reaccionar, productos secundarios, sales y disolventes. Si el producto deseado precipita en el medio de reacción, su aislamiento se simplifica considerablemente, ya que se realiza mediante filtración. Cuando esto no ocurre, el proceso de aislamiento dl compuesto deseado es más complicado y, normalmente, hay que eliminar previamente restos de ácidos o bases existentes. En otras ocasiones, el compuesto orgánico que interesa se puede separar de la mezcla de reacción aprovechando sus propiedades acido-base. Si la reacción se ha efectuado en agua, hay que recuperar el producto contenido en la disolución acuosa, utilizando un disolvente inmiscible con ella. Todas estas operaciones se realizan empleando la técnica de extracción liquido-liquido. Extracción liquido-liquido simple El termino extracción se define como la transferencia de una sustancia de una fase a otra. Aunque también se utiliza técnicas de extracción solido-liquido, las más frecuente es la extracción liquido-liquido, conocida simplemente como extracción, que se lleva a cabo entre dos líquidos inmiscibles utilizando un embudo de decantación. Las dos fases liquidas sea una extracción son a. Fase Acuosa agua o disolución acuosa. b. Fase Orgánica disolución o disolvente orgánico inmiscible con el agua. Conviene distinguir entre los términos extracción y lavado. Ambos definen la misma operación, aunque se realizan con distinto fin, y la terminología cambia según cual sea la fase de la que se parte: la extracción se refiere al paso del compuesto orgánico de interés de una fase acuosa a un disolvente orgánico, mientras que el lavado se realiza con una disolución acuosa para retirar de la fase orgánica incompuestos no deseados. Supongamos que una disolución de un compuesto A en un disolvente 1 se extrae con otro disolvente 2, inmiscible con el primero, en el cual el compuesto A es más soluble. Dicho compuesto se repartirá entre ambos disolventes hasta llegar a una situación de equilibrio. Finalmente, las dos fases líquidas inmiscibles se separarán en el embudo de decantación, quedando abajo la de mayor densidad La relación de las concentraciones del compuesto A en cada disolvente, a una temperatura dada, es una constante llamada coeficiente de reparto (K). Para un mismo compuesto, el coeficiente de reparto depende de la temperatura del par de disolventes considerados 𝑆𝑜𝑙𝑢𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝐴 𝑒𝑛 2 > 𝑆𝑜𝑙𝑢𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝐴 𝑒𝑛 1

𝐾=

[𝐴]2 𝑆𝑜𝑙𝑢𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 2 = [𝐴]1 𝑆𝑜𝑙𝑢𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 1

donde [A]1 y [A]2 son las concentraciones en el equilibrio del compuesto A en los disolventes 1 y 2, respectivamente. Realizando una aproximación, puede considerarse que la concentración del compuesto A en cada disolvente se correlaciona con la solubilidad de dicho compuesto en al disolvente puro. Por tanto, el éxito de una extracción depende de la solubilidad relativa del compuesto a extraer en el par de disolventes elegidos. Un aspecto muy importante de la técnica de extracción es que, para un mismo volumen final de disolvente orgánico, es más efectivo realizar varias extracciones con un volumen menos que una única extracción con todo el disolvente. Únicamente cuando K es muy grande ( 100) sería suficiente realizar una única extracción. Para compuestos solubles en agua donde K sea próximo a 1, solamente se extraerá una pequeña cantidad del compuesto. En ese caso hay que recurrir a la técnica de extracción líquido-líquido en continuo. La mayor parte de los compuestos orgánicos tienen coeficientes de reparto entre un disolvente y agua mayores de 4. Por tanto, una extracción doble o triple generalmente extraerá de una disolución acuosa la mayor parte del compuesto orgánico (Esquema 1). En ocasiones, conviene saturar la fase acuosa con cloruro sódico, ya que la solubilidad de los compuestos orgánicos en disoluciones acuosas saturadas con electrolitos fuerte es mucho menor que en agua (efecto salino).

Esquema 1. Fase acuosa inicial

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

Peligrosidad

(ºC) 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 CH3COOCH2CH3 0,9 78 Inflamable, etilo irritante Disolventes de extracción más densos que el agua Diclorometano CH2Cl2 1,3 41 Tóxico

Cloroformo Tetracloruro de carbono

CHCl3 CCl4

1,5 1,6

61 77

Tóxico Tóxico

1

La densidad del agua es 1,0 g/mL, y la de la disolución acuosa saturada de NaCl es 1,2 g/mL. 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.

4. Materiales Material - Embudo de separación - Matraz - Bureta - Pipetas de 10 ml - Soporte universal - aro, pinza

Reactivos Solución de I en IK y agua Tiosulfato de Na(0,781 g/lt.) Indicador almidón Sal. Extractiva: Gasolina Blanca

5. Metodología  Se armo el soporte universal 6. Cálculos y resultados 𝑁𝑎2 𝑆2 𝑂3 + 𝐼2 → 𝑁𝑎2 𝑆4 𝑂6 + 𝑁𝑎𝐼 Igualación de reacciones químicas por método de REDOX 𝑁𝑎2 +1 𝑆2

+2

𝑂3 −2 + 𝐼2 0 → 𝑁𝑎2 +1 𝑆4 +2.5 𝑂6 −2 + 𝑁𝑎+1 𝐼 −1 2𝑆2 +2 𝑂3 −2 → 𝑆4 +2.5 𝑂6 −2 + 2𝑒 𝐼2 0 + 2𝑒 → 2 𝐼 −1

2𝑆2 +2 𝑂3 −2 + 𝐼2 0 + 2𝑒 → 𝑆4 +2.5 𝑂6 −2 + 2𝐼 −1 + 2𝑒 2𝑁𝑎2 𝑆2 𝑂3 + 𝐼2 → 𝑁𝑎2 𝑆4 𝑂6 + 2 𝑁𝑎𝐼 Fase acuosa (𝐼2 ) 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑡𝑖𝑡𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 = 9,3 𝑚𝑙 1 𝐿 𝑁𝑎2 𝑆2 𝑂3 0,1 𝑒𝑞 𝑁𝑎2 𝑆2 𝑂3 1 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎2 𝑆2 𝑂3 9,3 𝑚𝑙𝑁𝑎2 𝑆2 𝑂3 × × × 1000𝑚𝑙 𝑁𝑎2 𝑆2 𝑂3 1 𝐿 𝑁𝑎2 𝑆2 𝑂3 2 𝑒𝑞𝑁𝑎2 𝑆2 𝑂3 1 𝑚𝑜𝑙 𝐼2 × = 2,325 × 10−4 𝑚𝑜𝑙 𝐼2 2𝑚𝑜𝑙𝑁𝑎2 𝑆2 𝑂3 Molaridad 2,325 × 10−4 𝑚𝑜𝑙𝐼2 𝑀= = 0,0155 𝑀 0,015 𝑚𝑙 𝐼2 Fase orgánica Tolueno 1 𝐿 𝑁𝑎2 𝑆2 𝑂3 0,1 𝑒𝑞 𝑁𝑎2 𝑆2 𝑂3 1 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎2 𝑆2 𝑂3 16 𝑚𝑙𝑁𝑎2 𝑆2 𝑂3 × × × 1000𝑚𝑙 𝑁𝑎2 𝑆2 𝑂3 1 𝐿 𝑁𝑎2 𝑆2 𝑂3 2 𝑒𝑞𝑁𝑎2 𝑆2 𝑂3 1 𝑚𝑜𝑙 𝐼2 × = 4 × 10−4 𝑚𝑜𝑙 𝐼2 2𝑚𝑜𝑙𝑁𝑎2 𝑆2 𝑂3 Molaridad 4 × 10−4 𝑚𝑜𝑙𝐼2 𝑀= = 0,0267 𝑀 0,015 𝑚𝑙 𝐼2 𝐶𝐴 0,0155 𝐾= = = 0,5805 𝐶𝐵 0,0267 7. Discusión 8. Conclusión 9. Bibliografía