Proceso físico de separación de separación de substancias llevado a cabo por la distribución en dos fases. Fase móvil (gas-líquido) y Fase estacionaria (sólido-líquido)Dependiendo del estado de las fases involucradas es posible desarrollar varios tipos de cromatografía, cuando la fase móvil es un gas se denomina Cromatografía de Gases y cuando la fase móvil es un líquido se denomina Cromatografía de Líquidos.
La cromatografía se utiliza con los fluidos, que pueden ser gases o líquidos, se empuja a circular la mezcla por un sólido o un líquido que permanece estacionario (fase estacionaria).
Los distintos componentes de la mezcla circulan a velocidades diferentes por la fase estacionaria, y por lo tanto unos componentes están más tiempo retenidos de ella que otros, emergiendo después. Sirve como método físico de separación.
La fase estacionaria puede ser típicamente un sólido poroso como la celulosa, o como el gel.
Las moléculas de menor tamaño pueden cruzar todos los poros e invierten más tiempo en el recorrido mientras que las moléculas mayores de la mezcla no “pierden tiempo” en los poros, emergiendo más rápidamente.
Cinematografía Gas sólido: película liquida con alto punto de ebullición (Silicon o Polietileno) que recubre un sólido inerte (cromatografía gas líquido), cromatógrafo de gases (CG).
Todo compuesto que pueda ser separado por cromatografia ha de ser volátil y Termicamente estables.
Centrifugación.
Se habla de centrifugación cuando tenemos partículas de distinto tamaño en un medio acuoso, éstas sedimentan hacia el fondo a una velocidad que depende de su peso.
Este efecto podría utilizarse para separar componentes de distinto peso, si no fuera porque las velocidades de sedimentación son pequeñísimas, por lo que el sistema no es útil.
Así, pues lo que se hace es aumentar dichas velocidades de sedimentación haciendo girar muy rápidamente la mezcla. En este caso, la fuerza centrifuga hace el papel de la gravedad (peso) y puede ser mucho mayor que éste haciendo girar muy rápido la mezcla: este es el principio de la centrifugacion y de la ultracentrifugación.
Se coloca la mezcla en un aparato que la haga girar a velocidad angular constante muy elevada.
Una vez está girando, la mezcla experimenta una aceleración centripeda que puede llegar a ser, en ultracentrifugadoras de laboratorio, unas 5.000.000 veces la aceleración de la gravedad.
Esta fuerza empuja a sedimentar, a distinta velocidad, a las partículas de distinta masa de la mezcla, creándose distintos estratos con las partículas de cada clase.
Este método es muy utilizado en biología y medicina.
Los métodos utilizados para la separación de mezclas y de disoluciones utilizan como base las propiedades físicas y químicas de los componentes de estas.
Estos métodos de separación de mezclas homogéneos que veras son.
Cristalización.
El método de cristalización es separar un soluto sólido para separarlo de un disolvente haciendo que cristalice el soluto, (inverso al proceso de la disolución
Este método se utiliza para separar una mezcla de sólidos que sean solubles en el mismo disolvente pero con curvas de solubilidad diferentes.
Una vez que la mezcla esté disuelta, puede calentarse para evaporar parte de disolvente y así concentrar la disolución.
Para el compuesto menos soluble la disolución llegará a la saturación debido a la eliminación de partes de disolvente y precipitará.
Todo esto puede irse precediendo sucesivamente e ir disolviendo de nuevo los distintos precipitados (esto recibiría el nombre de cristalización fraccionada) obtenidos para irlos purificando hasta conseguir separar totalmente de dos sólidos.
Cada nueva cristalización tiene un rendimiento menor, pero con este método puede alcanzarse el grado de pureza que se desee.
Normalmente, cuando se quieren separar impurezas de un material, como su concentración es baja la única sustancia que llega a saturación es la deseada y el precipitado es prácticamente puro.
La cristalización es el proceso inverso de la disolución.
Una forma simple de explicación seria la siguiente.
Técnica que consiste en hacer que se cristalice un soluto sólido con objeto de ser separado del disolvente en el que este disuelto. Para ello conviene evaporar parte del disolvente o dejar que e proceso ocurra a temperatura ambiente.
Si hay un enfriamiento rápido se obtiene pequeños cristales, cuando es lento los cristales son de mayor tamaño.
Destilación.
Destilación se utiliza para separar líquidos de una solución, tomándose como referentes las temperaturas de ebullición .
La destilación y la destilación fraccionada es el método utilizado cuando se quieren separar dos líquidos y uno de ellos es más volátil que el otro.
Es también útil cuando ambos líquidos tengan temperaturas de ebullición parecida.
Cuando calentamos las mezcla de vapor que aparecen, se expresa el compuesto de mayor porcentaje por el líquido más volátil.
Se recoge el vapor y se enfría, obteniéndose un líquido de concentración distinta al original.
La mezcla inicial ha cambiado también de composición y por tanto también de punto de ebullición.
La destilación fraccionada se utiliza cuando combinamos distintas destilaciones, y con esto puede conseguirse que sólo quede liquido menos volátil y evaporar completamente (y volver a condensar) el más volátil.
En el aislamiento tanto como en la purificación de los distintos compuestos orgánicos, estas son son operaciones básicas químicas reflejadas en la destilación, extracción, cristalización, absorción, cromatografía, etc.. Que en cada caso aprovecha las propiedades físico químicas de compuestos orgánicos, involucrados en estos procesos, entre estas propiedades podemos citar:
Puntos de ebullición.
Polaridad.
Puntos de fusión.
Solubilidad.
Miscibilidad.
Aquí estudiamos la operación básica de aislamiento y purificación llamada destilación.
Fundamento Teórico
La destilación es una operación utilizada con frecuencia para la purificación y aislamiento de líquidos orgánicos. La destilación aprovecha las volatilidades y puntos de ebullición de los componentes líquidos a separar.
La destilación depende de parámetros como: El equilibrio liquido vapor, temperatura, presión, composición, energía.
El equilibrio entre el vapor y el liquido de un compuesto esta representado por la relación de moles de vapor y liquido a una temperatura determinada, también puede estudiarse este equilibrio a partir de sus presiones de vapor.
La temperatura influye en las presiones de vapor y en consecuencia de la cantidad de energía proporcionada al sistema, también influye en la composición del vapor y el liquido ya que esta depende de las presiones del vapor.
La presión tiene directa influencia en los puntos de ebullición de los líquidos orgánicos y por tanto en la destilación.
La composición es una consecuencia de la variación de las presiones de vapor, de la temperatura que fijan las composiciones en el equilibrio.
Puntos de ebullición, son aquellos puntos o temperaturas de compuestos puros a las que sus presiones de vapor igualan a la presión atmosférica, produciéndose el fenómeno llamado ebullición.
2.1. Clasificación de la destilación
Existen las siguientes:
– Destilación simple o sencilla.
Destilación Fraccionada.
Destilación por Arrastre de vapor.
Destilación a presión reducida o al vacío.
2.2. Destilación Simple
Utilizando el sistema de la figura siguiente, el liquido se destila desde el matraz de destilación, ocurriendo primeramente la vaporización, estableciéndose el equilibrio liquido vapor. Parte del vapor se condensa en las paredes del matraz, pero la gran parte pasa por la salida lateral condensándose debido a la circulación del agua fria por el tubo refrigerante, a este producto se le conoce como, “destilado”, y a la porción que queda en el balón de destilación el “residuo”,se debe mantener el ritmo de destilación, manteniendo continuamente una gota de condensado en el bulbo del termómetro. Para evitar el sobrecalentamiento de los líquidos es necesario introducir en el balón, núcleos de ebullición y mantener constante el ritmo de destilación. La destilación simple es aplicable en los sistemas que contengan líquidos orgánicos de puntos de ebullición bastante diferenciados, ejemplo: Sistema butano-etanol, agua-metanol.
2.3. Destilación fraccionada
La destilación fraccionada no es nada mas que una técnica para realizar una serie completa de pequeñas separaciones (destilación simple), en una operación sencilla y continua, que utiliza el equipo de la figura siguiente. Una columna de destilación fraccionada proporciona una gran superficie para el intercambio de calor, en las condiciones de equilibrio, que se establece entre el vapor que asciende y el liquido (condensado) que desciende. Esto tiene como consecuencia una serie completa de evaporaciones y condensaciones parciales en toda la longitud de la columna de fraccionamiento. Cuando el condensado en algún punto de la columna toma calor del vapor, parte se evapora de nuevo y el vapor formando el mas rico en el componente mas volátil (el de menor ebullición). Al mismo tiempo, cuando el vapor cede calor al condensado, parte del mismo se condensa, siendo este condensado mas rico en el componente menos volátil (el de mayor punto de ebullición), bajo este panorama podemos decir que partiendo de la base de la columna, a medida que aumenta la altura aumenta el enriquecimiento del componente mas volátil e inversamente con el componente menos volátil. También se establece a lo largo de la columna un gradiente de temperaturas que varían desde el punto de ebullición del componente X hasta el punto de ebullición del componente Y. Existe una influencia adicional al equilibrio termodinámica liquido-vapor, y este es el intercambio de energía (perdida) que se verifica la columna de fraccionamiento.
2.4. Destilación al vacío
Muchas sustancias no pueden purificarse por destilación a la presión ordinaria, por que se descomponen a temperaturas cercanas a su punto de ebullición normal, en otros casos la destilación requiere de inmensas inversiones o utilización de energía en gran cantidad, o finalmente poseen problemas de equilibrio liquido-vapor, en consecuencia se emplea el método de destilación al vacío o a presión reducida. Sabemos que un liquido empieza a hervir cuando su presión de vapor iguala a la presión atmosférica o de operación, por lo tanto si reducimos la presión de operación tendremos la ebullición a temperaturas bajas, esta no incluye a la destilación fraccionada.
2.5 Destilación por arrastre de vapor
Es una técnica que sirve fundamentalmente para separar sustancias insolubles en agua y literalmente volátiles, de otros productos no volátiles mezclados con ellas. Esta método es un buen sustituto de la destilación al vacío, y tiene algunas ventajas, ya que la destilación se realiza a temperaturas bajas. El comportamiento de la destilación de un sistema de dos fases miscibles, donde cada liquido ejerce su propia presión de vapor y la suma de ambas es de la presión de operación, y son independientes de las cantidades relativas de la mezcla. Estos hechos constituyen la base para la purificación de sustancias por el arrastre de una corriente de vapor. Existen varios compuestos orgánicos de punto de ebullición relativamente alto que con agua co-destilan en una cantidad en peso lo suficientemente grande para ser destilados con cierta rapidez por debajo del punto de ebullición del agua.
Esto se debe a sus pesos moleculares relativamente elevados comparados con las del agua.
