Problemas de extracción líquido-líquido

1. - Se pesa una muestra de yodo de 0.560 g y se disuelve en 100 ml de agua. Esta disolución se agita con 20.0 ml de tetracloruro de carbono. El análisis de la fase acuosa muestra que contiene 0.280 g/l de yodo. ¿Cuál es el valor de KD para la distribución de yodo entre el agua y el tetracloruro de carbono?

2. - La relación de distribución del GaCl3 entre el éter etílico y el HCl 6 M es de 32.0. Si se extraen 10 ml de disolución que contiene 0.100 g de GaCl3 con igual volumen de éter etílico, calcular:

a) La cantidad de analito no extraído en mol/l

b) La recuperación de analito

3. - Un ácido orgánico tiene un valor de KD de 150 cuando su disolución acuosa se extrae en triclorometano. A pH=5 el valor de D es 12. Calcular el porcentaje de extracción del ácido en 25 ml de triclorometano cuando se parte de una disolución de dicho ácido en 100 ml de agua a pH 5.

4. - ¿Cuál debe ser el valor del factor de separación, b, para que dos sustancias A y B se separen cuantitativamente en una sola etapa y con el mismo volumen de fase orgánica y de fase acuosa?

5. - ¿Se podría conseguir la separación cuantitativa de dos bases orgánicas a y b cuyas constantes de basicidad son KA 10-5 y KB 10-9 mediante un proceso de extracción líquido-líquido en una etapa desde una fase acuosa a una fase orgánica constituida por dietileter siendo Vo=Va? La constante de distribución para A es de 1100 y para B de 1500. En caso afirmativo calcular el intervalo de pH al que sería posible.

6. - Calcular el porcentaje de extracción del Cu(II) con ditizona en tetracloruro de carbono en las siguientes condiciones:

[HDz]o= 4x10-4 M

Vo=Va

[H+]= 5 M

Datos: KD CuDz=7x104

Ka HDz=3x10-5

b2 CuDz2=5x1022

KD HDz=1.1x104

7. - Se quiere extraer el Al(III) presente en 100 ml de disolución acuosa con 10 ml de una disolución 1.0x10-1 M de Cupferron en cloroformo ¿A qué pH se obtendrá un rendimiento de la extracción del 99.9%?

Dato Kext=0.224

8. - El coeficiente de distribución entre agua y cloroformo de un analito A es de 12.3. Calcular la cantidad de analito recuperado cuando se extraen 50 mg en 50 ml de agua con las siguientes cantidades de disolvente orgánico:

a) Una porción de 50 ml

b) Dos porciones de 25 ml

c) Cinco porciones de 10 ml

9. - Calcular el rendimiento de la extracción para un sistema con una constante de distribución KD=2 en los siguientes casos:

a) Una extracción con igual volumen de fase orgánica y fase acuosa

b) Cinco extracciones siendo el volumen orgánico total igual al volumen de la fase acuosa

c) Diez extracciones siendo el volumen orgánico total igual al volumen de fase acuosa

d) Cincuenta extracciones siendo el volumen orgánico total igual al volumen de fase acuosa.

10. - Se extrae una muestra que contiene 250 mg de SnCl4 y 500 mg de GaCl3 en 100 ml de HCl 6 M con:

a) Una porción de 60 ml de éter dietílico

b) Con dos porciones de 30 ml cada una de éter dietílico

c) Con tres porciones de 20 ml cada una de éter dietílico

¿Qué recuperación se obtiene de cada uno de los analitos en cada caso?

Datos: DGaCl3=32.0 DSnCl4=0.20

11. - Una cierta especie A posee una constante de distribución KD=2. Se desea determinar:

a) La fracción de soluto que queda sin extraer en la fase acuosa y el rendimiento de la extracción utilizando una única extracción con Vo=Va

b) Lo mismo que en a) tras cinco extracciones sucesivas con la misma cantidad total de disolvente orgánico que de fase acuosa

c) Lo mismo que en a) tras cinco extracciones con el mismo volumen de fase orgánica cada vez que de fase acuosa

d) ¿Con cuántas etapas se podría extraer este compuesto cuantitativamente empleando el mismo volumen de fase acuosa y de fase orgánica en cada una de las etapas?

e) ¿Cuál debería ser la constante de distribución para conseguir un rendimiento de la extracción del 99.9% en tres extracciones sucesivas empleando en cada etapa volúmenes de fase orgánica idénticos entre sí e iguales al volumen de fase acuosa?

12. - Supongamos dos compuestos cuyas constantes de distribución son DA= 105 y DB=10-1. Se extrae A mediante:

a) Una etapa de extracción con Vo=Va

b) Dos etapas con Vo=Va

¿Se consigue la separación cuantitativa?

13.- El coeficiente de distribución entre agua y octano del 2,4,6-triclorofenol (TCF) es de 3980, y el del 2,4-dinitrofenol (DNF) es de 33.9. Con los datos que se indican, se desea saber si es posible la separación de estos fenoles en una sola etapa, en un porcentaje superior al 98% para la especie que más se extrae y en 2 % para el que menos se extrae, sabiendo que se utiliza un volumen de agua cinco veces superior al volumen de octano.

Datos: pKa(TCF) = 6.0

pKa(DNF) = 3.9

14.- Para detectar plomo en aguas contaminadas se ha partido de un volumen de 10 L. El plomo se ha preconcentrado haciendo pasar este agua a través de una columna rellena de una sal nitrosa inmovilizada sobre gel de sílice, posteriormente se ha eluído con 50 mL de una disolución a pH=5, la concentración de plomo de esta disolución es 10-5 M. Dicha disolución se equilibró con 10 mL de Cl3CH que contiene Ditizona en concentración 1.0x10-3 M. El metal se extrae en forma de complejo PbDz2* siendo la recuperación del 50% a pH=5.

a) Calcular la constante de extracción

b) Calcular el pH necesario para obtener una recuperación del 97%, extrayendo con 10 mL de una disolución de Ditizona 1.0x10-3 M en cloroformo.

c) Calcular el número de extracciones necesarias a pH=5 para que la recuperación sea al menos del 90% extrayendo con 10 mL de una disolución de Ditizona 1.0x10-3 M en cloroformo.

d) ¿Cuál es la concentración inicial de plomo en agua?

* La Ditizona está en forma cetonica y por tanto solo tiene una constante de acidez

15.- El plomo forma un complejo neutro PbL2 con el ligando L- que es la base conjugada de un ácido orgánico. Se ha estudiado la extracción de este complejo en tetracloruro de carbono y se ha encontrado, que tras dos extracciones sucesivas con porciones de 10.0 mL de una disolución 0.0250 M de HL en tetracloruro de carbono realizadas sobre 25.0 mL de una disolución acuosa de Pb(II) 5.0x10-4 M que contiene HClO4 0.50 M, queda en la parte acuosa el 0.5% de Pb(II) sin extraer.

a) Calcular la constante de extracción

b) Calcular [H+] a la que se extraería el 50% del Pb inicial tras dos extracciones sucesivas

16.- Se desea separar cuantitativamente el Fe(III) y el Al(III) contenidos al nivel de trazas en una muestra de origen vegetal. Para ello se mineraliza con la mezcla de ácidos H2SO4-HNO3-HClO4 y se diluye a 25 mL con agua a la que se adicionan los reactivos adecuados. Se lleva a cabo la extracción con 25 mL de disolución del reactivo 8-hidroxiquinoleina (HOx) en cloroformo en concentración 2x10-2 M.

Elegir entre los posibles medios que se detallan a continuación los adecuados para conseguir la separación cuantitativa de los iones, justificándolo adecuadamente mediante el cálculo de los correspondientes rendimientos.

1.- Medio ácido de pH= 2

2.- Medio tamponado de pH=5

Datos:

log KD HOX = 2.6 logKDAlOx3 = 2.0 logbAlOx3= 29.9

logKDFeOx3= 3.2 logbFeOx3 = 38.0 pK1 H2Ox = 5 pK2 H2Ox = 9.7

17.- El Cu(II) reacciona con un agente quelatante HL para dar un complejo CuL2, soluble en cloroformo, CHCl3. El estudio de la composición de las fases orgánicas y acuosa, después de agitar la disolución acuosa de cobre (II) 1.00x10-4 M con una disolución 0.0100 M de HL en cloroformo, dio como resultado que las concentraciones analíticas de cobre en las dos fases eran iguales a pH 5.65.

a) Escribir las ecuaciones que describen los equilibrios del sistema

b) Calcular la constante de extracción

c) Calcular la razón de distribución del sistema a pH 6.0

d) Si se piensa extraer una concentración de Cu2+ 5.00x10-5 M de 50.0 ml de una disolución tamponada a pH 6.00 con porciones de 25.0 ml de HL 0.0100 M en CHCl3, ¿cuántas extracciones se necesitarían para eliminar al menos el 99% del cobre de la fase acuosa?; ¿y para el 99.9%?

18.- Un agente quelatante HL disuelto en un disolvente orgánico se utiliza para extraer el ion M2+ que se encuentra en disolución acuosa en concentración 10-5 M. La constante del equilibrio de extracción:

M2+ + 2(HL)o ( ML2)o + 2 H+ es Kext = 0.0025.

a) Calcúlese el pH a partir del cual el metal se extrae cuantitativamente en la fase orgánica si 10.0 mL de disolución acuosa conteniendo M2+, se agita con 10.0 mL de disolución orgánica de HL 0.010 M.

b) ¿Cuál es el pH de semiextracción del metal?

c) Calcúlese el intervalo de pH para separar cuantitativamente M2+ de otro ion N2+, que forma complejos con HL, para el cual Kext = 2.5x10-12

19.- Un ácido HA se distribuye entre cloroformo y agua en función del pH.

a) Calcular el número de extracciones sucesivas necesarias para extraer el 99.9 % de dicho ácido de una disolución acuosa de pH 6, sabiendo que el volumen de fase clorofórmica que se emplea en cada extracción es el 20% de la disolución acuosa a extraer.

b) ¿ A qué pH sería posible la extracción del 50% del ácido en dos etapas manteniendo la relación de volúmenes?

Datos: KD HA=100 ; Ka HA= 1.0x10-4

 

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