02 Extracao Por Solventes I

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Captulo IIExtrao por Solventes - IAnalytical Chemistry - Robert V. Dilts,D. Van Nostrand, ISBN 0-442-22158-4

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Mtodos de Separao 1

PrincpioA extrao por solventes uma tcnica separativa que se baseia na diferena de solubilidades dos solutos entre as duas fases imiscveis em contacto. Esta diferente solubilidade pode ser alterada controlando alguns parmetros do sistema (pH , agentes complexantes).

AplicaesSeparao de metais Separao de compostos orgnicos Concentrao de espcies

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DesvantagensUso de grandes quantidades de solvente Baixa selectividade para compostos orgnicos (excepto processos em contra-corrente, que um processo lento). em

MtodosExtrao em Batch ou Descontnua Extrao Contnua Extrao em Contra-corrente

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Extrao em Batch

A extrao em batch ocorre num ampola de decantao. O liqudo que contem o soluto dissolvido agitado com um segundo lquido imiscvel at se atingir o equilbrio. Depois do equilbrio, as duas fases so separadas mecanicamente.

Extraco do nitrato de uranil da gua com ter.Departamento de Qumica Mtodos de Separao 4

A extrao em batch utilizada quando a espcie que se quer extrair tem grandes valores de D (maior que 10). Vorg volume da fase orgnica Vaq volume da fase aquosa worg quantidade de soluto na fase orgnica (mg ou moles) waq - quantidade de soluto na fase aquosa (mg ou moles) Corg concentrao de soluto na fase orgnica (moles/l) Caq - concentrao de soluto na fase aquosa (moles/l)

worg Corg Vorg = D = KD = waq Caq VaqDepartamento de Qumica Mtodos de Separao 5

E=

worg worg + waq

fraco extrada

D

E=

Corg Vorg Corg Vorg + Caq Vaq

C org E= C aq C org C aqD

Vorg C aq C aq Vaq

Vorg +

DVorg E= DVorg + Vaq

100DVorg %E = DVorg +Vaq

% extraco

Se os volumes das 2 fases forem iguais

100 D %E = 1+ DMtodos de Separao 6

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Clculo da quantidade extrada em diversas etapas do processo w0aq quantidade inicial de soluto na fase aquosa0 waq waq

Ao fim da 1 etapa de extraco:0 D waqVorg = Vaq waq Vaq waq0 waq

D=

Vorg waq Vaq

waq =

Vaq

DVorg

quantidade de soluto que fica na + Vaq fase aquosa aps a 1 extrao

worg D= Vorg0 waq

worg

worg =

0 waq

DVorg

DVorg

quantidade de soluto + Vaq extrada aps a 1 extrao

VaqDepartamento de Qumica Mtodos de Separao 7

0 Vaq waq waq DVorg + Vaq Vorg Ao fim da 2 etapa de extrao: D = waq Vaqwaq Vaq 0 = waq DVorg + Vaq 2

quantidade de soluto que fica na fase aquosa aps a 2 extrao

waq

Vaq 0 = waq DVorg + Vaq

n

quantidade de soluto que fica na fase aquosa aps a n extrao

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quando Vorg =Vaq

waq

0 1 = waq D +1

n

Para um dado sistema de extrao e para o mesmo soluto, o valor de D sempre constante em cada etapa, pelo que possvel determinar o nmero n de etapas necessrias para extrair uma percentagem de X de um soluto A. Exemplo: A razo de distribuio para o cloreto de paldio entre 3 M HCl e TBP (tri-n-butil fosfato) de 2.3. Quantas vezes ser necessrio extrair de uma soluo de 15.0 ml 5.00x10-3 M de PdCl2 em 3 M HCl com 5ml de TBP, de modo a remover 99.5% do metal? Vorg = 5 ml; Vaq=15 ml; D = 2.3

Para extrair 99.5% do metal significa que waq/worg = 0.005Departamento de Qumica Mtodos de Separao 9

15 ml 0.005= 2.3 5 ml +15 ml resolvendo esta equao em ordem a n:

n

n = log0.005/log0.567 = 11

So necessrias 11 extraes.

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% do soluto A (D=4) extrado para diferentes volumes das duas fases n de extraes 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Vorg = Vaq 80.0 96.0 99.2 99.8 Vorg = 0.5Vaq 66.7 88.9 96.3 98.9 99.6 99.9 Vorg = 0.2Vaq 44.5 69.0 82.8 90.4 94.7 97.0 98.4 99.2 99.5 99.7 99.8 99.9

ii) foi gastoo mesmo volume

i)

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Vorg=Vaq Vorg=0.5 Vaq Vorg=0.2 Vaq

waq = waq =

0 waq

1 D +1

n

0 waq

1 0.5 D + 1

n

waq =

0 waq

1 0.2 D + 1

n

i) remover 2-3% finais consome tantas etapas como remover os 97% iniciais. ii) melhor fazer mais extraes com pequenos volumes do que uma s extrao com uma grande volume. Mais soluto extrado com n etapas de volume Vorg/n , do que com uma s etapa com um volume Vorg iii) quanto maior o valor de D, maior a quantidade de soluto extrado D = Corg/CaqDepartamento de Qumica Mtodos de Separao 12

Para Vorg = Vaq temos: D =

linear, como se pode observar na figura seguinte:

%E logo a relao entre D e % e no 100 % E

D1 uma pequena mudana no valor de D causa uma grande mudana no valor de %E, o mesmo no acontece quando D 0.1 ou D 10.

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Se considerarmos dois solutos, A e B, com diferentes razes de distribuio, DA e DB, a separao destes dois solutos depende da magnitude da diferena entre os valores de D. Define-se ento factor de separao, :

=DA

DA DB

factor de separao 10 102 103 104 %A extr. 99.0 99.0 99.0 99.8 %B extr. 90.9 50.0 9.1 1.0

DB 10 1 10-1 10-2

102

A separao s efectiva, se 99.8% de A e 1% de B.Departamento de Qumica

=104. A este valor extramos

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Extrao Em Batch ou DescontnuaQuando a substncia a extrair mais solvel no solvente orgnico do que na gua, recorre-se extraco em batch.

Condies para realizar a extrao em batch

:

D > 10 e 104

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Extraco ContnuaQuando a solubilidade do soluto maior na gua recorre-se extrao contnua. Caso contrrio, seria preciso empregar grandes quantidades de solvente orgnico nas sucessivas extraes.

Condies para realizar a extraco contnua :

D < 1 e 104O lquido extractante passado continuamente pela fase que contm o soluto. Uma vez que o liqudo extractante passa de uma forma relativamente rpida pela fase que contm o soluto, provvel que o equilbrio nunca seja atingido. No entanto, como o processo de extraco contnuo, o soluto acabar por ser todo extrado. um processo lento.Departamento de Qumica Mtodos de Separao 16

Para este processo utilizam-se dois diferentes tipos de aparelhagem, conforme o solvente orgnico seja mais leve ou mais pesado que a gua. Quando o solvente orgnico menos denso que a gua (ex. ter dietlico, devido ao seu baixo ponto de ebulio - 35 C) mantido em ebulio em uma retorta, onde os vapores so ento condensados por um refrigerador e caem num funil que os faz descer para o recipiente de vidro onde est a soluo a ser extrada. Da o ter, sempre puro, sobe atravs da camada aquosa, conduzindo consigo um pouco da substncia, e volta retorta, onde se evapora de novo, deixando a substncia que havia extrado: o ciclo recomea. Desse modo, pouco solvente consegue substituir a grande quantidade que uma extraco nica descontnua exigiria.

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Solvente orgnico menos denso que a gua

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Quando o solvente de extraco mais denso que a gua, utilizase uma outra aparelhagem, baseada, porm, no mesmo princpio: o clorofrmio ou o tetracloreto de carbono so levados ebulio em uma retorta. Os vapores sobem pelo brao superior do aparelho, condensam-se em gotas no refrigerador, caindo sobre o lquido a ser extrado. A diferena em relao primeira aparelhagem que, neste caso, o solvente cai atravs da soluo, ao invs de subir, e volta retorta pelo princpio dos vasos comunicantes, atravs do brao de vidro inferior, convenientemente dobrado. A extraco contnua no empenha totalmente o operador, e pode ser deixada de lado por vrios dias.

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Solvente orgnico mais denso que a gua

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No caso de extraco slido-liquido utiliza-se aparelhos chamados Soxhlet, que possuem um recipiente de vidro onde dever ser colocado o slido a ser extrado, completamente envolto por uma papel de filtro. O aparelho ligado a um balo com o solvente em ebulio, que evapora-se e sobe pelo brao do aparelho, condensando-se no refrigerador e gotejando sobre o cartucho de papel de filtro. O recipiente possui um pequeno brao retorcido (sifo), que retorna ao balo. Ao encher o recipiente at a altura da dobra do sifo, o solvente, contendo parte da substncia dissolvida, volta ao balo completamente atravs do sifo. O solvente evapora-se novamente, deixando a substncia dissolvida no balo. O processo repete-se at que todo o material tenha sido extrado. Caso existam outros materiais a serem extrados do mesmo slido, utiliza-se outros solventes em seguida.

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Extraco slido-liquido

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I

II

III

I solventes menos densos que a gua II solventes mais densos que a gua III soxhlet (extraces lquido/slido)

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