1. Extracción líquido-líquido
124
Universidad de Oviedo
EXPERIMENTACIÓN
EN QUÍMICA EUITIG
INGENIERO TÉCNICO EN QUÍMICA INDUSTRIAL PRÁCTICA Nº 13
Apellidos y Nombre: Grupo: .
Apellidos y Nombre: Pareja: .
Procesos de Separación: Extracción Líquido-Líquido
OBJETIVOS: Reconocer la importancia de las técnicas de separación en los procesos
industriales y/o de laboratorio. Estudiar el fundamento termodinámico de la extracción
líquido-líquido y de la destilación. Realizar operaciones prácticas de extracción y
destilación.
MATERIAL REACTIVOS
1 Embudo de decantación Disolución acuosa de iodo saturada
3 vasos de precipitados de 100 mL Disolvente CCl4
1probeta de 100 mL Indicador de almidón: disolución acuosa de almidón
1 probeta de 25 mL + KI(s)
Cuentagotas y varilla
INTRODUCCIÓN
En la industria y en el laboratorio no es suficiente con sintetizar una substancia en un
reactor en condiciones óptimas, sino que la separación, concentración y/o purificación
del producto deseado son igualmente importantes. Así, además de optimizar las
condiciones de reacción en busca de un rendimiento alto, los químicos, ingenieros y
demás técnicos dedican muchos esfuerzos a diseñar y controlar los procesos de
separación para lograr una recuperación máxima del producto puro con un mínimo coste.
De hecho, no es extraño que la mayor parte del personal de una planta química se
dedique a controlar los procesos de separación, concentración y/o purificación que siguen
a la síntesis en el reactor(es), se ocupan del llamado downstream processing. La
siguiente Tabla enumera algunas técnicas típicas del downstream processing.
Separación Concentración Purificación
Filtración Destilación Cristalización
Centrifugación Extracción Cromatografía
Flotación Filtración por
membrana (ósmosis)
Precipitación
• Sin duda, varias de estas técnicas te serán familiares porque ya las has empleado en
prácticas anteriores. ¿Cuáles son y con qué propósito las usaste?
Las técnicas de separación aprovechan el distinto comportamiento químico-físico de las
substancias en una mezcla homogénea o el distinto tamaño de partículas en una mezcla

2. Experimentación en Química
125
heterogénea. Los componentes de una mezcla se pueden separar, bien a un nivel iónico-
molecular, o bien macromolecular, o según distintos tamaños de partícula. La siguiente
tabla agrupa a varias técnicas según sus fundamentos y rangos de aplicación.
Fundamento Técnica Rango de Aplicación
Tamaño de Filtros de papel 105
-107
Å
partícula Mallas metálicas
Ultrafiltración 10-103
Å
Difusión y/o Ósmosis inversa
Conductividad Diálisis-electrodiálisis
Intercambio iónico
1-102
Å
Presión de vapor Destilación
Congelación
1-103
Å
Solubilidad Extracción 1-103
Å
Actividad Superficial Adsorción 1-102
Å
Flotación 102
-107
Å
Cromatografía 10-102
Densidad y Sedimentación Ultracentrífuga 10-103
Å
Centrífuga 103
-105
Å
RECUERDA QUE 1Å=10−10
m
• De acuerdo con esta tabla, ¿es la filtración por gravedad a través de papel de filtro una
técnica de separación molecular? ¿lo es la extracción?
EN ESTA PRÁCTICA LLEVARÁS A CABO UNA SEPARACIÓN
POR EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO
Y OTRA SEPARACIÓN POR DESTILACIÓN
Un proceso industrial suele aplicar consecutivamente varias técnicas de
separación/concentración para lograr el grado de concentración/purificación deseado.
La secuencia habitual suele comenzar con una separación entres fases, seguida de
procesos de concentración y finalmente alguna técnica de purificación.
Reactor Separación Concentración Purificación

3. Extracción líquido-líquido
126
EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO: EQUILIBRIO DE REPARTO
La extracción puede definirse como un proceso de separación en el cual un soluto se
reparte o distribuye entre dos fases diferentes. Lo más común es realizar extracción
entre dos fases líquidas, aunque también pueden realizarse extracciones sólido-líquido.
La extracción líquido-líquido se utiliza con frecuencia para separar especies moleculares
simples (I2, Br2, ...), compuestos de coordinación y compuestos orgánicos, de las
disoluciones acuosas en las que se encuentran inicialmente. El procedimiento consiste en
agitar las disoluciones acuosas con un disolvente orgánico inmiscible con el agua y dejar
separar ambas fases. Se estable entonces un equilibrio o reparto de los solutos entre las
dos fases gobernado por la solubilidad relativa de los solutos en la fases acuosa y
orgánica. Recuerda, pues, el fundamento de la extracción: un equilibrio de solubilidad
entre dos fases inmiscibles.
Representación Esquemática de la Extracción
Disolución Acuosa
I2, hidrocarburos (trazas)
R-OH, R-COO-R', R-CHO
R-COOH, R-NH2
Sales Inorgánicas
Disolvente Orgánico
(hexano, éter , CCl4, tolueno,...)
Equilibrio
de Reparto
Disolución Acuosa
R-COOH, R-NH2
R-OH, R-COO-R', R-CHO
I2, hidrocarburos
Disolvente Orgánico
Sales Inorgánicas
• Explica si el etanol CH3CH2OH puede ser un buen disolvente para la extracción de un
componente orgánico en disolución acuosa.
• ¿Por qué las sales inorgánicas como el NaCl(aq) no son extraídas por un disolvente
orgánico?
• Los ácidos orgánicos R-COOH son solubles tanto en fase acuosa como en fase
orgánica ¿Por qué?

4. Experimentación en Química
127
Desde el punto de vista cuantitativo de la Termodinámica Química, el equilibrio de reparto
o extracción es muy sencillo. Formalmente, es análogo al caso del equilibrio químico.
Supongamos un único soluto S que establece un equilibrio de reparto simple:
S (aq) →
←
S (org)
En el equilibrio, el potencial químico del soluto es el mismo en ambas fases y la relación
de actividades en cada fase nos da la constante de equilibrio de reparto, más conocida
como el coeficiente de reparto K. En la práctica, se aproxima el coeficiente de reparto
por un cociente de concentraciones en vez de actividades.
( )
( )
( )
[ ]
[ ]aq
org
q
o
a
rg
a S
Sa S
K T
S
= ≈
Para un sistema dado (pareja de disolventes + soluto), el correspondiente coeficiente de
reparto K sólo depende de la temperatura. Si el soluto no participa en ningún otro
equilibrio secundario (como un equilibrio ácido-base en disolución acuosa), el
rendimiento del proceso de extracción puede obtenerse a partir de K. Analiza el
siguiente ejemplo:
• El coeficiente de reparto del I2 entre agua y disulfuro de carbono es K=410 a 25 ºC.
Halla la fracción de I2 que permanece en disolución acuosa después de que volúmenes
iguales de agua y CS2 hayan alcanzado un equilibrio de reparto.
I2 (aq)
→
←
I2 (CS)
La fracción de I2 que permanece en disolución acuosa puede escribirse como:
00I2
n
n
Vn
Vn eq
aq
aq
eq
==α [1]
donde n0
son los moles totales de iodo inicialmente en disolución acuosa y neq son los moles de
iodo que permanecen en la fase acuosa una vez alcanzado el equilibrio de reparto..
Por otro lado, el coeficiente de reparto puede escribirse como:
[ ]
[ ]
( ) 22
0
2
2
I
I
eq
CSCS
eq
aqaq
n n V
K
n V
−
= = [2]
Como Vaq=VCS2, podemos despejar neq
en [2] y sustituir en [1]:
n
n
K K
eq
=
+
⇒ =
+
= −
0
3
1
1
1
2 43 10αI2
. •
En términos de rendimiento, se extrajo un 100−0.0243=99.756 % del I2.
• En el ejemplo, ¿por qué el iodo es mucho más soluble en la fase orgánica?
• Si en vez de iodo quisiéramos extraer ácido acético, ¿Cómo influiría el pH de la
disolución acuosa sobre el rendimiento del proceso de extracción?

5. Extracción líquido-líquido
128
EXTRACCIÓN SIMPLE DE I2 EN DISOLUCIÓN ACUOSA CON CCl4
A continuación, vas a realizar un experimento de extracción simple de iodo molecular en
una disolución acuosa saturada empleando como fase orgánica el tetracloruro de
carbono. Este sistema te permite apreciar visualmente cómo se alcanza el equilibrio de
adsorción. Debes realizar las siguientes operaciones:
1) Asegúrate de que el embudo de decantación está limpio y seco. Colócalo en el
soporte sujetándolo con el aro con nuez. Comprueba que la llave del embudo está
cerrada. Si es necesario, refuerza el tapón del embudo con cinta de teflón.
2) Con la probeta de 100 mL mide 50 mL de la disolución saturada de iodo y añádelos
al embudo.
3) Extrae una cantidad de CCl4 de la botella hacia un vaso de precipitados (aprox. 20-25
mL). Con la probeta de 25 mL, mide 15 mL del CCl4 extraído y añádelos al embudo de
decantación.
LOS VAPORES DE CCl4 SON NOCIVOS
EVITA SU INHALACIÓN DIRECTA
4) Tapa entonces el embudo y tómalo con ambas manos. El embudo debe manejarse
con ambas manos: con una se sujeta el tapón y con la otra se manipula la llave.
Inclina el embudo con el tapón hacia arriba. Agita suavemente durante unos segundos.
Afloja el tapón para liberar el exceso de presión en el interior del embudo. Vuelve a
agitar y vuelve a abrir ligeramente el tapón. Por último agita con fuerza durante 20
segundos.
5) Repite la agitación fuerte y deja entonces al embudo situado en el soporte y con el
tapón abierto. Espera hasta que las dos fases se distingan nítidamente.
• ¿Por qué es necesario agitar?
• ¿Qué cambios de color has observado? ¿Cómo los interpretas? Identifica
inequívocamente las fases en el embudo. ¿Qué fase es menos densa?
6) Separa físicamente ambas fases. Coloca un vaso de precipitados de 100 mL debajo
del embudo. Abre la llave y recoge lentamente la fase más densa hasta observar que la
interfase se acerca a la llave. En un segundo vaso recoge una pequeña porción de
ambas fases. Extrae por último la fase menos densa en un tercer vaso de precipitados.
A juzgar por los cambios de color el rendimiento de la extracción simple debe ser alto. Sin
embargo, puedes comprobar de un modo sencillo si el rendimiento es realmente del 100
% sin más que añadir un indicador visual de iodo, a saber, la conocida disolución de
almidón que en presencia de I2 molecular y anión I−
(aq) forma un complejo de color
violeta intenso.

6. Experimentación en Química
129
7) Toma un tubo de ensayo e introduce unos 2 mL de la disolución acuosa y añade 10
gotas de la disolución acuosa de almidón. Disuelve también un pequeño cristalito de
KI(s). Agita el contenido y comprueba entonces la coloración de la disolución
observándola contra un fondo blanco.
• Describe aquí tus observaciones sobre el test del almidón.
DEPOSITA LA FASE ORGÁNICA EN EL FRASCO DE RESIDUOS
NO LA TIRES POR EL DESAGÜE
EXTRACCIÓN MÚLTIPLE
Si el valor del coeficiente de reparto K es elevado (> 100), con una sola extracción se
puede pasar prácticamente todo el soluto a la fase orgánica. No es éste el caso de la
extracción simple de iodo con CCl4 que resulta ser incompleta, pues aún queda iodo en
disolución acuosa. No obstante, puede conseguirse una extracción completa de iodo con
15 mL de CCl4, pero en tres porciones, es decir, realizando varias extracciones
consecutivas (extracción múltiple). Vas a comprobarlo experimentalmente.
1) Repite los pasos del anterior procedimiento, pero añadiendo los 15 mL de CCl4 en
tres veces, o sea, haciendo tres extracciones con 5 mL de CCl4.
2) Ten en cuenta que cada vez que completes una extracción, debes extraer sólo la fase
orgánica del embudo de decantación en un vaso de precipitados.
3) Realizada la última extracción, repite el test del almidón en la disolución acuosa.
¿Se detecta finalmente iodo en la disolución acuosa?
Como acabas de comprobar, para una cantidad de disolvente orgánico, es más eficiente
dividirla en porciones y realizar varias extracciones que realizar una única extracción
simple gastando todo el disolvente.
• ¿Crees que el coeficiente de reparto es el mismo en una extracción simple que en una
múltiple?
En realidad, el rendimiento mayor de la extracción múltiple es una consecuencia
termodinámica de los equilibrios consecutivos. Dados el volumen total de fase acuosa Vaq
y el volumen de fase orgánica Vorg empleado en cada extracción, puede demostrarse que
la fracción α de soluto que permanece en disolución acuosa después de n extracciones
viene dada por:
n
V
V
K
aq
org
naq
⎟
⎟
⎟
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
+
=
1
1
,α
• Supón entonces que K=10 para la extracción de iodo con
CCl4. Calcula el rendimiento de la extracción simple y de la
extracción múltiple que has realizado