Extracció líquit-líquit

La extracció líquit-líquit, és un procediment o tècnica de laboratori, utilisada en química, que ampra dos dissolvents inmiscibles o parcialment miscibles (per eixemple, aigua i cloroform, o éter etílico), per a la separació de substàncies que presenten diferents solubilidades en els dissolvents implicats. Les forces i mecanismes posats en joc són de tipo físic, basant-se la separació en processos de distribució dels soluts entre els dos dissolvents, en funció de la seua solubilidad. L'extracció líquit-líquit pot realisar-se per mig de tècniques simple, repetitiva i múltiple. En este últim cas la tècnica rep el nom de extracció en contracorrent.^[1]

Este procés també se li coneix com a extracció líquida o extracció en dissolvent; no obstant, estos térmens pot prestar-se a confusió, perque també s'apliquen a la lixiviación d'una substància soluble continguda en un sòlit.

Principis

La distribució d'un solut entre dos líquits inmiscibles és un procés de transferència de matèria des d'una de les fases líquides a l'atra. La cantitat de matèria que es transferix des d'un líquit a un atre està en relació en la solubilidad de la substància en qüestió, en cada u dels dissolvents, de manera que el solut es distribuïx entre les dos fases fins a alcançar un equilibri químic, regit per la llei de distribució proposta inicialment per Marcellin Berthelot i desenrollada per Walther Nernst. Esta llei establix que en l'equilibri, la relació entre les concentracions del solut en cada dissolvent inmiscible, és constant. Cridant A_(aq) al solut dissolt en la fase acuosa i A_(org) al que es troba en la fase orgànica,

$A_{(a q)} \overset{- ⇀}{↽ -} A_{(o r g)}$

ya que la relació de les concentracions de dita substància en cada u dels dissolvents, a una temperatura determinada, és constant i cridant K a dita constant, es té que

$K = \frac{[A]_{o r g}}{[A]_{a q}}$

Esta constant es denomina constant de distribució^[2] o, també, coeficient de repartiment ( a voltes, també, constant o coeficient de partició) i sol representar-se com K_D.^[3]Estes constants de distribució són molt útils en el anàlisis químic preparatiu, puix permeten predir si és possible o no l'extracció de substàncies en funció dels seus diferents solubilidades en cada dissolvent i d'esta manera, eliminar interferències d'atres substàncies que puguen afectar al resultat de l'anàlisis.

Relació de distribució

La definició donada anteriorment de la constant de distribució, K_D, és ideal i vàlida quan el solut es troba en la mateixa forma química en abdós dissolvent. En la pràctica, açò no sempre succeïx aixina, puix en la fase acuosa el solut pot estar, per eixemple, parcialment disociado, mentres que en la fase orgànica, no (cas de àcit orgànics). En atres situacions, el solut en la fase acuosa pot estar formant algun tipo de complex o modificar la seua estructura o composició per qualsevol atre tipo de reacció possible, que no es dona en la fase orgànica o si es dona, es produïx de manera diferent. En conseqüència, és necessari definir una espècie de constant condicional o aparent, denominada relació o coeficient de distribució, a sovint expressada per la lletra D, que relaciona la concentració total de les diferents espècies en les que es troba el solut en la fase orgànica en la concentració total de totes les espècies en que es troba dit solut en la fase acuosa.^[1] Per al cas senzill d'una substància orgànica en propietats bàsiques (per eixemple, una amina), en el mig acuoso estarà en equilibri entre la base i el seu àcit conjugat:

$B + H_{2} O \overset{- ⇀}{↽ -} B H^{+} + O H^{-}$

És dir, en la fase acuosa la substància B es trobara en dos formes diferents, B i BH⁺, mentres que en la fase orgànica, en tractar-se d'un dissolvent, per lo general, poc o res disociante, solament es trobarà l'espècia B. En conseqüència, es definix una expressió similar a la de la constant d'equilibri, que té en conte esta situació:^[4]

$D = \frac{c o n c e n t r a c . t o t a l (o r g .)}{c o n c e n t r a c . t o t a l (a q .)}$

o lo que és lo mateix:

$D = \frac{[B]_{o r g}}{[B]_{a q} + [B H^{+}]_{a q}}$

El coeficient de distribució, D, com totes les constants aparents, depenen de les condicions fixades en cada moment. En l'eixemple anterior, si es tampona la fase acuosa a un pH molt bàsic, l'alta concentració de ions OH^- en el mig acuoso fa que l'equilibri de basicidad de l'amina este molt desplaçat cap a l'esquerra (principi de li Châtelier). ya que les substàncies orgàniques no carregades són molt més solubles en dissolvents orgànics que les espècies iòniques; en el cas anterior, D prendrà un valor relativament alt. Pel contrari, si el mig acuoso estiguera tamponado a un pH molt baix, la concentració de ions OH^- en el mig acuoso seria molt baixa, lo que favorix la formació de BH⁺, aumentant la concentració d'esta espècie en la fase acuosa i per tant, el valor del denominador de l'expressió, lo que fa que el valor de D prenga un valor relativament baix, és dir, no es favorix l'extracció de l'amina.

Este eixemple es pot generalisar per a multitut de casos i situacions que puguen donar-se tant en el mig acuoso com en la fase orgànica, de modo que la relació de distribució d'una substància entre la fase orgànica i la acuosa pren la forma:^[1]

$D = \frac{Σ [A]_{o r g}}{Σ [A]_{a q}} = \frac{[A_{0}]_{o r g} + [A_{1}]_{o r g} + [A_{2}]_{o r g} + ...}{[A_{0}]_{a q} + [A_{1}]_{a q} + [A_{2}]_{a q} + ...}$

a on A₁, A₂, etc. indica les diferents formes en que pot presentar-se el solut A en la fase indicada.

El coeficient de partició, K_D i la relació de distribució, D, prenen el mateix valor quan solament existix una forma química del solut en abdós fases. En cas contrari, si el solut existix en més d'una forma química en qualsevol de les fases, llavors K_D i D solen tindre valors diferents. Esta distinció entre K_D i D és important. El coeficient de partició és una constant d'equilibri termodinàmic i té un valor fix en condicions estàndar de pressió i temperatura. El valor de la relació de distribució, no obstant, és un valor variable que canvia en les condicions del mig extractivo.^[5]

Dissolvents

L'extracció líquit-líquit ampra dos dissolvents inmiscibles entre sí. Generalment, un d'ells sol ser aigua o una dissolució acuosa, mentres que l'atre sol ser un dissolvent orgànic de molt baixa polaridad. Estos s'elegixen tenint en conte les següents consideracions:^[6]

El dissolvent orgànic deu ser inmiscible en l'aigua. Esta característica es dona en els dissolvents més apolares, ya que els dissolvents orgànics en certa polaridad, com els alcohols, acetona, acetonitrilo, etc. presenten certa solubilidad en l'aigua i no és fàcil separar-los en dos fases.
Que la substància que va a ser extreta siga molt més soluble en el dissolvent extractante que en el que es troba dissolta.
Que el restant dels components no siguen solubles en el dissolvent d'extracció.
És molt recomanable que el dissolvent orgànic siga de punt d'ebullició baix, de manera que, una volta terminada l'extracció, es puga separar el solut del dissolvent, per destilació.
No reaccionar en la substància que es vol extraure.

Com a requisit important, pero, desgraciadament poc habitual, el dissolvent utilisat per a l'extracció deuria ser ininflamable i no tòxic. Per lo general, casi tots els dissolvents orgànics són inflamables i algun inclús tòxic i cancerígeno. En la següent taula s'indiquen alguns dissolvents orgànics de més freqüent us en les operacions d'extracció líquit-líquit:


Nom	Densitat (g/ml)	Solubilidad en aigua (g/100 ml)	P. ebullició (°C)	Observacions
Acetat d'etil	0,90	8,0	78	Inflamable, irritante
Benceno	0,88	0,5	80	Inflamable, tòxic
Ciclohexano	0,78	0,001	81	Inflamable
Cloroform	1,49	0,5	61	Tòxic
Diclorometano	1,33	2,0	61	Tòxic
Éter etílico	0,71	6,0	35	Extremadament inflamable
Hexano	0,66	0,0001	60	Inflamable
Pentano	0,626	0,04	36	Inflamable
Tolueno	0,9	0,05	111	Inflamable
Tetracloruro de carbono	1,59	0,025	77	Tòxic

Referències

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 Valcárcel Cases, M.; Gómez Hens, {{{nom2}}} (1988). «Cap. 7. Extracció líquit-líquit (I). Aspectes termodinàmics i cinètics», Tècniques Analítiques de Separació, Barcelona: Reverté, p. 173. ISBN 84-291-7984-4.
↑ Douglas A. Skoog, Donald M. West, F. James Holler and Stanley R. Crouch. (2015). «Cap. 31C Separacions per extracció», Fonaments de química analítica, Cengage Learning. ISBN 978-607-519-937-6.
↑ Higson, Séamus (2003). «cap. 8.2 Solvent extraxction methods», Analytical chemistry (en anglés), Oxford University Press. OCLC ocm51109084. ISBN 978-0-19-850289-0.
↑ Harris, Daniel C. (1992). «Cap. 22-1 Extracció en solvent», Anàlisis Químic Quantitatiu, Grup Editorial Iberoamericana. ISBN 970-625-003-4.
↑ David Harvey. «a_An%C3%A1lisis/7.07%3A_Extracció_L%C3%ADquido-L%C3%ADquido 7.7: Extracció Líquit-Líquit» (en és). LibreTexts Espanyol. Consultat el 2024-06-30.
↑ Antonio Matthew Méndez, José Guillermo Penieres Carrillo i Fernando Ortega Jiménez. «Extracció líquit-líquit». Consultat el 2024-07-01.

Este artícul conté una traducció derivada de «Extracción líquido-líquido» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.

[:0-1] 1,0 ^1,1 ^1,2 Valcárcel Cases, M.; Gómez Hens, {{{nom2}}} (1988). «Cap. 7. Extracció líquit-líquit (I). Aspectes termodinàmics i cinètics», Tècniques Analítiques de Separació, Barcelona: Reverté, p. 173. ISBN 84-291-7984-4.

[2] Douglas A. Skoog, Donald M. West, F. James Holler and Stanley R. Crouch. (2015). «Cap. 31C Separacions per extracció», Fonaments de química analítica, Cengage Learning. ISBN 978-607-519-937-6.

[3] Higson, Séamus (2003). «cap. 8.2 Solvent extraxction methods», Analytical chemistry (en anglés), Oxford University Press. OCLC ocm51109084. ISBN 978-0-19-850289-0.

[4] Harris, Daniel C. (1992). «Cap. 22-1 Extracció en solvent», Anàlisis Químic Quantitatiu, Grup Editorial Iberoamericana. ISBN 970-625-003-4.

[5] David Harvey. «a_An%C3%A1lisis/7.07%3A_Extracció_L%C3%ADquido-L%C3%ADquido 7.7: Extracció Líquit-Líquit» (en és). LibreTexts Espanyol. Consultat el 2024-06-30.

[6] Antonio Matthew Méndez, José Guillermo Penieres Carrillo i Fernando Ortega Jiménez. «Extracció líquit-líquit». Consultat el 2024-07-01.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]