Separación de disoluciones

Separación de disoluciones

Hay muy diversas técnicas para separar las sustancias puras contenidas en una disolución. Consideraremos tres de los métodos más comunes:

• Destilación.
• Cristalización fraccionada.
• Cromatografía.

Destilación y destilación fraccionada

Una disolución de dos componentes, uno de los cuales es volátil, se resuelve por destilación simple. En el dibujo adjunto se muestra un aparato de destilación. Cuando se calienta la disolución contenida en el matraz, el agua se evapora por ebullición, dejando un residuo de soluto no volátil. El agua puede recogerse haciendo pasar el vapor por un condensador, por el cual se hace circular agua fría.

Si ambos componentes de una disolución son volátiles, la destilación simple no logrará su separación completa. Un método muy apropiado para efectuar este proceso es el de la destilación fraccionada, que consiste en obtener destilados (fracciones) a distintas temperaturas, haciendo que a una temperatura dada no destile más que una fracción (o un componente); para conseguirlo se inserta entre el matraz de destilación y el condensador una columna como la que se muestra en el dibujo.

Las esferitas de vidrio dentro de la columna presentan una superficie sobre la cual puede condensarse el componente menos volátil de la disolución y volver al matraz (reflujo). El componente más volátil se mueve con mayor facilidad hacia arriba por la columna y pasa al destilado. Si la velocidad de destilación se regula cuidadosamente, puede lograrse una buena separación.

Cristalización fraccionada

En este proceso, un sólido A, que contiene una cantidad relativamente pequeña de una impureza, B, se disuelve en una cantidad mínima de disolvente (caliente si la solubilidad de A aumenta con la temperatura). Entonces se deja evaporar o enfriar «muy lentamente» la disolución y los cristales que se separan serán A puro, que puede filtrarse y secarse. El filtrado que debe contener todas las impurezas B, se desecha por lo general.

Fundamentalmente existen dos limitaciones a la cristalización fraccionada:

1. El compuesto que va a purificarse debe ser mucho menos soluble que las impurezas en las condiciones de cristalización.

2. La cantidad de impurezas debe ser relativamente pequeña.

Cromatografía

La técnica de separación conocida como cromatografía puede aplicarse a mezclas extraordinariamente complejas, a muestras muy pequeñas y a separación de componentes en concentraciones muy bajas.

El término cromatografía (separación de colores) se debe a que las primeras separaciones de este tipo se realizaron sobre mezclas de colorantes.

Existen básicamente dos grupos de técnicas con principios de separación diferentes:

1) Cromatografía de adsorción:

Consideremos el proceso que tiene lugar en la columna cromatogràfica, mostrada en el dibujo.

Esta columna se empaqueta en la parte superior con un sólido finamente dividido, como el gel de sílice u otro material químicamente inerte, que tienda a adsorber otros materiales sobre su superficie. Entonces se vierte lentamente en la columna un disolvente de los componentes de la mezcla. Si el componente A se adsorbe débilmente en el soporte, el disolvente (eluyente) «limpia fácilmente el soporte de A » y avanza rápidamente hacia abajo en la columna. Si C se retiene fuertemente en el soporte, se necesita que pase una gran cantidad de disolvente eluyente para que avance, y por eso lo hace lentamente. El B, de solubilidad intermedia, desciende y permanece entre el C y el A. Gradualmente, la disolución se ha separado en zonas o bandas. Finalmente, al añadir más disolvente, los componentes A, B y C fluyen sucesivamente por la parte inferior de la columna.

2) Cromatografía de partición:

En este tipo de cromatografía el eluyente es una mezcla de, al menos, dos disolventes.

El relleno de la columna es un soporte que se deja mojar por uno de ellos y no por el otro, de forma que el que lo moja queda fijado al soporte (fase estacionaria) y el otro se desplaza hacia abajo en la columna (fase móvil). Los componentes de la mezcla se separan en relación con sus solubilidades en ambas fases.

Por ejemplo, si el componente A es mucho más soluble en la fase estacionaria, avanzará muy lentamente, y el componente C, si es más soluble en la fase móvil que A, avanzará mucho más rápidamente.

El resultado es igual que en el caso anterior: los componentes A, B y C fluyen sucesivamente por la parte inferior de la columna.