UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLAN C-1 LICENCIATURA EN QUIMICA LABORATORIO DE QUIMICA ANALITICA IV REPORTE PR PRACTICA
EQUIPO Nº 3
REPORTE
EXTRACCION LIQUIDO-LIQUIDO DE DITIZONA BJETIVOS • • •
Conocer la técnica instrumental de extracción liquido-liquido. Saber que es y para que sirve la extracción liquido-liquido. Realizar una curva de calibración, calibración, (absorbancia (absorbancia & concentración) concentración) y con base a ésta, obtener la concentración de variación de la absorbancia con respecto a la fase acuosa y a la fase orgánica con respecto al pH, en una muestra de ditizona
INTRODUCCION El coeficiente de reparto k, es la constante de equilibrio de la reacción: Supóngase que el soluto S se reparte en las fases 1 y 2. S (en la fase 1) == S (en la fase 2) K
=
AS 2 AS 1
≈
[ S ] [ S ]
2 1
Donde AS1 se refiere a la actividad del soluto en la fase 1. En soluc solución ión diluida diluida,, el coef coefici icient ente e de activ activida idades des puede puede sustit sustituir uirse se por por el de las concentraciones. Supóngase que el V 1 del solvente 1 que contiene m moles del soluto S se extrae con un volumen V 2 del solvente 2. Sea q la fracción remanente de S en la fase 1 cuando se alcanza el equilibrio. En consecuencia, la molaridad de la fase será qm/V1. La fracción del soluto total que se transfiere a la fase 2 es (1-q), y la molaridad en a fase 2 es (1-q)m/V 2. Sustituyendo estos valores de molaridad en la primera ecuación:
Después den extracciones con un volumen V 2, la fracción remanente en la fase 1 es: Fracción remanente después de n extracciones:
Efectos del pH
Supongase que el soluto que va a repartirse entre las fases 1 y 2 es una amina con bastante basicidad (básica) K b supóngase además que BH es soluble solo en la fase acuosa. Supóngase finalmente que el coeficiente de reparto entre las dos fases de la forma neutra B, es igual a K. el coeficiente de distribución se define como:
Los disolventes orgánicos utilizados en extracción deben tener baja solubilidad en agua, alta capacidad de solvatación hacia la sustancia que se va a extraer y bajo punto de ebullición para facilitar su eliminación posterior. Los disolventes orgánicos utilizados en extracción se deben tener baja solubilidad en agua, alta capacidad de solvatación hacia la sustancia que se va a extraer y bajo punto de ebullición para facilitar la eliminación posterior. La extracción con disolventes activos (selectiva) se emplea para separar mezclas de compuestos orgánicos en función de la acidez o de la neutralidad de estos.
1. Mencionar tres pares de disolventes inmiscibles entre si y su densidad respectiva. Etanol-agua densidad= 0.789 g/ml Cloroformo-agua densidad = 1.498 g/ml Acetato de Etilo densidad= 0.894 g/ml
RESULTADOS Tabla de resultados. (Antes de agitar).
(Después de agitar y separar las fases.)
Siste
Siste
pH
ONSERVACIONES
pH
ONSERVACIONES
ABSORBANCIA
Fase Orgánic ma a.
Fase Fase Fase Acuosa Orgánic Orgánica. . a.
experim ental inicial
Fase Acuosa.
1
1.4
INCOLORO. AZUL.
0.003
0.985
INCOLORO. AZUL.
2
3
INCOLORO. AZUL.
0.003
0.945
INCOLORO. AZUL.
3
4.57
INCOLORO. AZUL.
0.003
0.925
5
6.71
0.005
0.845
INCOLORO. AZUL.
4
7
0.007
0.796
11.06
INCOLORO. AZUL.
6
10.18 HUESO.
12.5
INCOLORO. AZUL.
7
12.53
ma
experimen tal inicial
Fase Acuosa.
1
1
INCOLORO. AZUL.
2
3
3
5
5
9
4
7
6 7
INCOLOR O.
AZUL.
INCOLOR O.
AZUL.
INCOLORO. AZUL.
NARANJA CLARO.
PURPURA. 0.12
0.245
ROSA PALIDO.
0.09
0.235
Con base en la tabla de resultados anterior podemos observar que en el sistema 5 hay una diferencia considerable entre el pH inicial con el pH final, donde el pH inicial es de 9 y el pH final es de 6.71, este dato no tiene justificación en la parte experimental puesto que no se llevo a cabo ningún equilibrio acido-base considerable como para que cambiara el pH del sistema en 2.29 unidades; además no es posible considerar que el cambio de pH es resultado de un factor de dilución, ya que la dilución de OHse puede considerar despreciable respecto al cambio de pH.
Consideramos que el cambio de pH del sistema 5 es error tanto del equipo que preparo la solución de pH 9 como nuestra ya que no determinamos el pH de la solución antes de trabajar con ella en el sistema, es por ello que podemos atribuir que el pH inicial del sistema 5 no era igual a nueve. Los resultados de la absorbencia de las fases orgánica y acuosa del sistema 5 tienen relación con el valor de pH final, tal como se m muestra en la tabla de resultados y
como
se
visualiza
en
las
siguientesGraficas:
De acuerdo con el grafico “perfil de distribución de PDz’=f(pH) para la Ditizona en CHCl3”” podemos observar que a pH altos, específicamente pH=12.5 que es el pH de trabajo podemos observar que la Ditizona se encuentra casi en su totalidad en la fase orgánica (cloroformo). Esto es debido al comportamiento Acido-Base de la Ditizona.
Como podemos observar la forma protonada de la Ditizona se atribuye a los protones pertenecientes a los nitrógenos del lado derecho, a los cuales se les asocia un pKa= 4.5, sin embargo es posible que al mantener a la Ditizona en un medio acido, los nitrógenos del lado derecho se protonen, obteniéndose así la siguiente molécula propuesta:
De este modo la molécula perdería el sistema conjugado inicial entre el benceno y el doble enlace nitrógeno-nitrógeno. Lo que nos daría como resultado un cambio de coloración, ya que se modifica el sistema conjugado responsable de la coloración azul de la solución acuosa de Ditizona es por ello que esta posibilidad podría quedar descartada.
La estructura de la Ditizona nos permite observar que es una molécula no polar, por lo cual a pH menores de 4.5 (pKa=4.5) la Ditizona interactúa con el Cloroformo por lo cual permanece en la fase orgánica.
Al aumentar el pH de los sistemas donde se encuentra la Ditizona (pH mayor que 4.5, mayor que el valor de pKa) la Ditizona entra en un equilibrio de disociación, perdiendo así un protón, generando a su vez un nuevo sistema conjugado en la molécula, responsable del cambio de coloración de azul a naranja que observamos experimentalmente.
Al perder un protón, en la molécula de Ditizona se produce un nitrógeno con carga positiva que además es estable, favoreciendo así interacciones puente de hidrogeno que sostiene con las moléculas de agua, reduciendo interacciones con el cloroformo, por lo cual pasa de la fase orgánica a la fase acuosa.. En la representación anterior observamos que la molécula de Ditizona se mantiene con un protón en uno de los nitrógenos de la derecha por lo cual el nitrógeno correspondiente mantiene una carga positiva. Podemos pensar que si la Ditizona se encuentra en un pH sumamente elevado (pH=12.5) resultaría sumamente fácil que la Ditizona perdiera ese protón permitiendo que el nitrógeno quedara neutro, esto en teoría tiene sentido, sin embargo en la literatura solo se reporta un solo pKa, por lo que la perdida de este protón queda descartada
En una escala de pH podemos ubicar las especies de la Ditizona:
Para justificar los datos obtenidos experimentalmente, hacemos uso de los siguientes gráficos.
pH final.
experimental
Punto de intersección en la trayectoria log D´.
1.4
4
1.00E-04
3
4
1.00E-04
4.57
4
1.00E-04
6.71
2
1.00E-02
7
1.5
3.16E-02
10.18
-1.8
63.09
12.53
-4
1.00E+0 4
De acuerdo con los datos del grafico anterior, y calculando D, que es la distribución de Ditizona en fase orgánica ( ) podemos concluir que la concentración de Ditizona en la fase orgánica tiende acero conforme el pH disminuye, en tanto si el pH aumenta la concentración de Ditizona aumenta en la fase orgánica. Experimentalmente el fenómeno que observamos es en sentido contrario al que deducimos del grafico teórico. Por el contrario a pH ácidos, la concentración de Ditizona tiende a cero en fase acuosa con forme disminuye el pH; mientras tanto la concentración de Ditizona en la fase acuosa disminuye, por lo que la concentración de Ditizona en fase orgánica tiende a cero conforme incrementa el pH.
PERFIL DE DISTRIBUCION DE pDz´=f(pH) para la Ditizona en agua.
Punto de intersecció n en la trayectoria pDz´.
Concentraci ón de Ditizona en la fase acuosa.
1.4
8
1.00E-08
3
8
1.00E-08
4.57
7.9
1.26E-08
6.71
6
1.00E-06
7
5.9
1.26E-06
10.18
4.6
2.51E-05
12.53
4.6
2.51E-05
pH
experimental
final.
Con los datos de la tabla anterior obtenidos con ayuda del grafico “PERFIL DE DISTRIBUCION DE pDz´=f(pH) para la Ditizona en agua.” Que se calcularon de la siguiente forma:
Podemos observar que la tendencia de la Ditizona en fase acuosa aumente con forme aumenta el pH, que concuerda con los datos experimentales.
El reparto experimental de la Ditizona que se observo de Concentración de Ditizona= 2.5x10 -5. Este dato me lo paso Yesica.
CONCLUSIONES De a cuerdo a la interpretación de los gráficos teóricos que se nos proporciono en la sesión de laboratorio, los datos recabados experimentalmente no coinciden con los datos que nos proporcionan los gráficos teóricos. Sin embargo el grafico del %R experimental con él %R experimental si presentan la misma tendencia de recuperación de la Ditizona.
