Teoría de la extracción

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La extracción líquido-líquido es un método por el que se extrae un compuesto del disolvente A al disolvente B cuando los disolventes A y B no son miscibles. El método más común de extracción líquido-líquido se realiza utilizando un embudo de separación.

Coeficiente de reparto/distribución (K)

Cuando se coloca una solución en un embudo de separación y se agita con un disolvente inmiscible, los solutos suelen disolverse en parte en ambas capas. Se dice que los componentes se «dividen» entre las dos capas, o que se «distribuyen» entre las dos capas. Cuando se ha establecido el equilibrio, la proporción de concentración de soluto en cada capa es constante para cada sistema, y esto puede representarse mediante un valor K (llamado coeficiente de partición o coeficiente de distribución).


K = \dfrac{\text{ Molaridad en fase organica}}{\text{ Molaridad en fase acuosa}}

Por ejemplo, la morfina tiene un coeficiente de partición de aproximadamente 6 en el acetato de etilo y el agua.2 Si los círculos oscuros representan las moléculas de morfina, 1,00g de morfina se distribuiría como se muestra en la figura 1.

Figura 1: Distribución de la morfina en acetato de etilo y agua.

Nótese que, con volúmenes iguales de las fases orgánica y acuosa, el coeficiente de partición representa la proporción de partículas en cada capa (Figura 1a). Cuando se utilizan volúmenes iguales, un K de ∼6 significa que habrá seis veces más moléculas de morfina en la capa orgánica que en la capa acuosa. La relación de partículas no es tan sencilla cuando los volúmenes de las capas son diferentes, pero la relación de concentraciones siempre es igual al K (Figura 1b).

Los coeficientes de partición reflejan la solubilidad de un compuesto en las capas orgánica y acuosa, por lo que depende del sistema de disolventes utilizado. Por ejemplo, la morfina tiene un K


de aproximadamente 2 en éter de petróleo y agua, y un K de aproximadamente 0,33 en éter dietílico y agua.2 Cuando el K es menor que uno, significa que el compuesto se reparte más en la capa acuosa que en la capa orgánica.

Escogiendo un disolvente con datos de solubilidad

El coeficiente de partición K es la relación entre la concentración del compuesto en la capa orgánica y la capa acuosa. Los coeficientes de partición reales son experimentales, pero pueden estimarse utilizando los datos de solubilidad.

K = \dfrac{\text{ Molaridad en fase organica}}{\text{ Molaridad en fase acuosa}}

K \approx \dfrac{\text{ Solubilidad en fase organica}}{\text{ Solubilidad en fase acuosa}}

Los K calculados a partir de los valores de molaridad y solubilidad no son idénticos, ya que se trata de equilibrios diferentes. El K real representa el equilibrio entre soluciones acuosas y orgánicas, mientras que los datos de solubilidad representan el equilibrio entre una solución saturada y la fase sólida. Sin embargo, los dos sistemas están relacionados, y los K derivados de los datos de solubilidad deberían ser similares a los K reales.

Tabla 1: Solubilidad de la cafeína en diferentes disolventes.
Figura 2: Cafeína
Figura 2: Cafeína

Por tanto, los datos de solubilidad pueden utilizarse para elegir un disolvente adecuado para una extracción. Por ejemplo, imaginemos que la cafeína (Figura 2) se pretende extraer de los posos del té en agua hirviendo, para después extraerla en un disolvente orgánico. Los datos de solubilidad de la cafeína se muestran en la Tabla 1.

Tanto el éter dietílico como el benceno parecen a primera vista malas opciones para la extracción porque la cafeína es más soluble en agua que en cualquiera de los dos disolventes (si un gramo de cafeína se disuelve en 46mL de agua, pero 100mL de benceno, la cafeína es más soluble en agua). Al extraer con cualquiera de estos disolventes, la K sería menor que uno (véase el cálculo más abajo) y sería una «batalla cuesta arriba» extraer la cafeína del agua. Sin embargo, la cafeína es más soluble en cloroformo que en agua, por lo que el cloroformo sería la mejor opción de los disolventes mostrados en cuanto a la máxima extracción de cafeína.


K_\text{benceno} \sim \dfrac{\left( \dfrac{1 \: \text{g cafeina}}{100 \: \text{mL benceno}} \right)}{\left( \dfrac{1 \: \text{g cafeina}}{46 \: \text{mL water}} \right)} \sim 0.46

K_\text{cloroformo} \sim \dfrac{\left( \dfrac{1 \: \text{g cafeina}}{5.5 \: \text{mL cloroformo}} \right)}{\left( \dfrac{1 \: \text{g cafeina}}{46 \: \text{mL agua}} \right)} \sim 8.4

Otra consideración a la hora de elegir un disolvente para la extracción es la toxicidad: el cloroformo es cancerígeno y, por tanto, probablemente no sea la mejor opción a pesar de su excelente capacidad de disolución. Otra consideración es la solubilidad de otros componentes presentes en una mezcla. Si el objetivo es extraer preferentemente la cafeína y dejar otros componentes del té, un disolvente puede ser más selectivo en este sentido.

Para más información Extraction Theory

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