Los Métodos de Separación se basan en diferencias entre las propiedades físicas de los componentes de una mezcla, tales como: Punto de Ebullición, Densidad, Presión de Vapor, Punto de Fusión, Solubilidad, etc. Los Métodos más conocidos son:
o
Filtración
o
Decantación
o
Evaporación
o
Cristalización
o
Sublimación
o
Cromatografía
o
Destilación
o
Extracción
El procedimiento de filtración consiste en retener
partículas sólidas por medio de una barrera, la cual puede consistir de mallas,
fibras, material poroso o un relleno sólido.
Decantación
el procedimiento de
decantación consiste en separar componentes que contienen diferentes fases (por
ejemplo, 2 líquidos que no se mezclan, sólido y líquido, etc.) siempre y cuando
exista una diferencia significativa entre las densidades de las fases.
la separación se efectúa vertiendo la fase superior
(menos densa) o la inferior (más densa).
El procedimiento de
evaporación consiste en separar los componentes mas volátiles exponiendo una
gran superficie de la mezcla. el aplicar calor y una corriente de aire seco
acelera el proceso.
una solución consta de dos
componentes: el disolvente y el soluto. las soluciones pueden ser no-saturadas,
saturadas y sobre-saturadas.
Las soluciones no-saturadas
tienen una concentración de soluto menor que las soluciones saturadas, y éstas
a su vez tienen una concentración de soluto menor que una solución
sobresaturada. por ejemplo: supóngase que se agregan unos cuantos cristales de
sal común a un vaso de agua. esta será una solución no-saturada. si se sigue
añadiendo sal con agitación se llegará hasta un punto en el cual los cristales
ya no se disuelven.
Esta será una solución
sobre-saturada. si esta solución se deja reposar y se remueven los cristales
que no se disolvieron, se obtendrá una solución saturada que contendrá la
cantidad máxima de soluto que se puede disolver a la temperatura actual que
llamaremos inicial . si enfriamos la solución saturada, con el tiempo se
formarán cristales de sal, esto se debe a que la solubilidad de la sal en el
agua depende de la temperatura y lo que fue una solución saturada a la
temperatura inicial es ahora una solución sobre-saturada a la temperatura
final.
Es importante recalcar que
una solución sobresaturada es un sistema meta-estable y que tenderá a
estabilizarse, mientras que una solución saturada es un sistema estable.
para efectuar la
cristalización de un sólido hay que partir de una solución sobre-saturada.
existen varias formas de sobre-saturar una solución, una de ellas es el
enfriamiento de la solución, otra consiste en eliminar parte del disolvente
(por ejemplo: por evaporación) a fin de aumentar la concentración del soluto,
otra forma consiste en añadir un tercer componente que tenga una mayor
solubilidad que el componente que se desea cristalizar.
la rapidez del enfriamiento
definirá el tamaño de los cristales resultantes. un enfriamiento rápido
producirá cristales pequeños, mientras que un enfriamiento lento producirá
cristales grandes. para acelerar la cristalización puede hacerse una “siembra”
raspando las paredes del recipiente.
Unidades de
Concentración:
g/mL
= gramos por mililitro
g/L
= gramos por litro
p.p.m.
= partes por millón = mg/L, mg/kg, mL/L.
%
P = (gramos de soluto)*(100)/ (gramos de Solución)
%
V = (mL de soluto)*(100)/(mL de Solución)
%
P/V = (gramos de soluto)*(100)/(mL de Solución)
M
= Molaridad = moles/L
N
= Normalidad = # equivalentes/L
X
= Fracción Mol = moles de soluto/moles totales
La Sublimación aprovecha la
propiedad de algunos compuestos de cambiar del estado sólido al estado vapor
sin pasar por el estado líquido. Por ejemplo, el I2 y el CO2
(hielo seco) poseen esta propiedad a presión atmosférica.
Destilación
Este método consiste en separar los componentes de las mezclas basándose en las diferencias en los puntos de ebullición de dichos componentes. Cabe mencionar que un compuesto de punto de ebullición bajo se considera “volátil” en relación con los otros componentes de puntos de ebullición mayor. Los compuestos con una presión de vapor baja tendrán puntos de ebullición altos y los que tengan una presión de vapor alta tendrán puntos de ebullición bajos.
En muchos casos al tratar de separar un componente de
la mezcla por destilación en la fase gas se forma una especie de asociación
entre las moléculas llamada azeótropo el cual puede presentar un cambio en el
punto de ebullición al realizar la destilación.
Los tipos de Destilación más comunes son:
En la Destilación Simple, El proceso
se lleva a cabo por medio se una sola etapa, es decir, que se evapora el
líquido de punto de ebullición más bajo (mayor presión de vapor) y se condensa
por medio de un refrigerante.
En la Destilación
fraccionada el proceso se
realiza en multi-etapas por medio de una columna de destilación en la cual, se
llevan a cabo continuamente numerosas evaporaciones y condensaciones. Al ir
avanzando a lo largo de la columna, la composición del vapor es más concentrada
en el componente más volátil y la concentración del líquido que condensa es más
rica en el componente menos volátil. Cabe mencionar que este tipo de
destilación es mucho más eficiente que una destilación simple y que mientras
más etapas involucre, mejor separación se obtiene de los componentes.
En la Destilación por
Arrastre con Vapor se hace
pasar una corriente de vapor a través de la mezcla de reacción y los
componentes que son solubles en el vapor son separados. Entre las sustancias
que se pueden separar por esta técnica se pueden citar los Aceites Esenciales .
Cromatografía
La palabra Cromatografía
significa “Escribir en Colores” ya que cuando fue desarrollada los componentes
separados eran colorantes. Los componentes de una mezcla pueden presentar una
diferente tendencia a permanecer en cualquiera de las fases involucradas.
Mientras más veces los componentes viajen de una fase a la otra (partición) se
obtendrá una mejor separación.
Las técnicas
cromatográficas se basan en la aplicación de la mezcla en un punto (Punto de
Inyección o Aplicación) seguido de la influencia de la fase móvil.
Clasificación
de la Cromatografía
Cromatografía
en Columna:
En este caso se utilizan columnas de vidrio rellenas
de Alúmina (Al2O3), Sílica u Oxido de Magnesio.
Cromatografía
en Capa Fina.
En este caso se utiliza una placa de vidrio
recubierta con fase estacionaria (generalmente del tipo descrito en la
Cromatografía en Columna con algunas variantes) manteniendo un pequeño espesor
constante a lo largo de la placa. Esta se coloca en una cuba cromatográfica, la cual debe encontrarse saturada con el eluente
(Fase Móvil líquida). El eluente ascenderá por la placa y arrastrará los
componentes a lo largo de ésta produciendo “manchas” de los componentes. Si los
componentes no son coloreados se requerirán técnicas de revelado (Adición de
Ninhidrina a aminas, Ácido sulfúrico para carbonizar compuestos orgánicos, etc)
o visores ultravioleta.
Cromatografía
en Papel
El proceso es básicamente el mismo, solo que se usan
tiras de papel cromatográfico en la cuba cromatográfica.
Cromatografía
de Líquidos de Alta Eficiencia (HPLC)
Es parecida a la Cromatografía en Columna, sólo que
se aplica el flujo a presión (entre 1500 a 2200 psi), el tamaño de partícula es
entre 3 y 10 micras, la longitud de la columna es entre 5 y 25 cm y requiere de
equipo sofisticado.
Fase Normal
La Fase Móvil es No-Polar (Hexano, Tetracloruro de
Carbono, Benceno, etc) y la Fase Estacionaria es Polar (Generalmente Sílica).
Fase Inversa.
La Fase Móvil es Polar (Agua, Soluciones “Amortiguadoras
de pH”, Acetonitrilo, Metanol, etc.) y la Fase Estacionaria es No-Polar
(Generalmente Sílica injertada con cadenas de grupos orgánicos de 8 y 18 átomos
de Carbón (C8 y C18).
Intercambio
Iónico
La Fase Estacionaria es una resina de Intercambio Iónico
y tiene la propiedad de separar especies ionizadas (Cationes o Aniones). La
Fase Móvil es generalmente una Solución Amoriguadora de pH.
Exclusión
La Fase Estacionaria está constituida de partículas altamente porosas que permiten la separación de los componentes en función del tamaño de las moléculas. A la Fase Estacionaria se le llama también Malla Molecular. El Cromatograma obtenido representa la distribución de Pesos Moleculares.
Cromatografía
de Gases (CG)
La Fase Móvil es un Gas (llamado Gas Portador o
Acarreador) y la Fase Estacionaria puede ser un sólido (Cromatografía
Gas-Sólido) o una Película de líquido de alto punto de ebullición (Generalmente
Polietilén-Glicol o Silicón) recubriendo un sólido inerte (Cromatografía
Gas-Líquido).
Los compuestos que se pueden separar por
cromatografía de gases deben ser Volátiles y Térmicamente Estables.
Extracción
Cuando los solutos se distribuyen libremente entre
dos solventes inmiscibles se establece una diferencia entre las relaciones de
concentración en el equilibrio. La Distribución de un soluto entre dos
solventes inmiscibles está gobernada por la “Ley de Distribución”. Supóngase
que la especie del soluto A se deja distribuir entre una fase acuosa y otra
orgánica. La relación de concentraciones de A entre las fases acuosa y orgánica
será constante e independiente de la cantidad total de A.
K = [Ao]/[Aw]
donde K es el
coeficiente de Reparto
Para un sistema en donde no se consideran equilibrios alternos la cantidad que queda remanente después de la extracción (xn) se representa por la ecuación:
Xn
=( Vw / V0 K + Vw)n a
donde: