Actividad individual L-1: Estudio de un sistema de tres componentes en equilibrio

10 de octubre del 2020

 Resumen

Dentro de esta actividad se dará a conocer la definición de lo que es el coeficiente de

reparto o coeficiente de distribución, además, conoceremos las maneras en que se puede

obtener este valor numérico experimentalmente que nos ayuda a describir el

comportamiento o afinidad de las moléculas del compuesto a estudiar por las moléculas de

la fase orgánica.

Objetivo general

Determinar el coeficiente de distribución de una sustancia sólida en dos solventes

inmiscibles.

Objetivos específicos

Adquirir las herramientas necesarias para tener un amplio dominio de lo que es y cómo

obtener el coeficiente de distribución.

Introducción

El coeficiente de reparto (K) de una sustancia, también llamado coeficiente de partición (P),

es el cociente o razón entre las concentraciones de

esa sustancia en las dos fases de la mezcla formada

por dos disolventes inmiscibles en equilibrio. Por

tanto, ese coeficiente mide la solubilidad diferencial

de una sustancia en esos dos disolventes.

En el equilibrio se conoce como coeficiente de

Figura 1.Esquema de un sistema formado por dos líquidos inmiscibles entre sí. o de reparto K al cociente de la
distribuxcion

fracción
en peso del soluto en la fase del extracto “y”, dividida por la fraccion en peso del soluto en
𝑦
la fase de refinado “x”: 𝐾=
𝑥

Desde el punto de vista termodinamico, el coeficiente de distrubicion K se obtiene en funcion

𝑦°
de las fracciones molares de “y” y “x” : 𝐾° =
𝑥°

Para calculos abreviados, se prefiere el coeficiente de distribucion K´ utilizando la razón del

peso del soluto respecto del disolvente de extracción en la fase del extracto Y, y la razón del
𝑌
peso del soluto respecto al disolvente de alimentación en la fase del refinado X: 𝐾´ =
𝑋

En los calculos abreviados, también se utiliza la pendiente m de la la lpínea de equilibrio:

𝑑𝑌
𝑚=
𝑑𝑋

Para bajas concentraciones, en las que la curva de equilibruio es una recta, el valor de K´ es

igual a m.

A partir del coeficiente de distribución es posible definir el grado de disociación,las

constantes de equilibrio de la reacción que se desarrolla en una de las fases, laactividad de

la sustancias disuelta.

Cuestionario
1. ¿Qué establece la ley de distribución de Nersnt?
La Ley de distribución de Nernst o ley de reparto, define cuando una sustancia se distribuye

entre dos líquidos miscibles entre sí o ligeramente miscibles, y la relación de las

concentraciones de dicha sustancia en las dos fases es constante, independientemente de la

cantidad de soluto que se disuelva o del volumen de líquido empleado.

2. Mencione algunas actividades prácticas que conlleva el conocimiento

del coeficiente de distribución.

R- Una importante aplicación de la ley de reparto de nerst es el llamado proceso de

extracción, donde un solvente puede ser extraída de la solución agregando un segundo

solvente, de esta forma sacar la sustancia disuelta.

3. Mencione algunos métodos de laboratorio y sus características para

la determinación del coeficiente de distribución de un sistema.

Método del frasco (o tubo) de agitación: El método clásico y más

fiable de determinación de log P es el método del frasco de

agitación, que consiste en la disolución de algo del soluto en

cuestión en un volumen de octanol y agua, dando pie a la posterior

medida de la concentración del soluto en cada disolvente.

Figura 2. Fotografia que nos muestra una parte del proceso del método de
El método más común para medir la distribución del soluto es por

espectroscopia UV/VIS.

Determinación por Cromatografía líquida de alta resolución (Método CLAR): Un método

más rápido para determinar log P emplea la Cromatografía líquida de alta resolución

(Método CLAR). El log P de un soluto se puede determinar por correlación de su tiempo de

retención con compuestos similares de log P conocido.

Método electroquímico: Experimentos de reacciones electroquímicas en gotitas que han

sido desarrollados por Alan Bond, Frank Marken y también por el equipo de la École

Polytechnique Fédérale de Lausanne. En este caso una reacción en una interfaz triple entre

un sólido conductor, gotitas de una fase líquida activa redox y una solución de electrólito

se
ha empleado para determinar la energía requerida para transferir especies cargadas a

través de la interfaz.

4. ¿De qué propiedades son dependientes o independientes del coeficiente

de distribución?

R- El valor de K depende de la temperatura, la naturaleza del soluto, del par de solventes y

en algunos casos si puede depender de la concentración pues algunas veces el soluto existe

en formas disociadas o asociadas en una de las fases.

𝐼
5. ¿En qué condiciones la relación 𝐾 = 𝐶𝑠𝐼𝐼ya no es válida?
𝐶𝑠

R- Para muchos casos, donde un soluto se disocia en iones o moléculas más simples o si se

asocia en moléculas más complejas, no se aplica la Ley a las concentraciones totales de las

dos fases, si no únicamente a las concentraciones de la especie particular común de ambas.

6. En la siguiente tabla se muestran nueve pruebas empleando diferentes cantidades

de ácido benzoico para un sistema agua-benceno a 30°C.

Tabla 1: Datos de distribución de ácido benzoico entre agua y benceno a 30°C.

Prue CAgua [mol/L] CBenceno
ba [mol/L]
1 0.00375 0.0156
2 0.00498 0.0275
3 0.00565 0.0355
4 0.00668 0.0495
5 0.00745 0.0616
6 0.00867 0.0835
7 0.01015 0.1144
8 0.01154 0.148
 9 0.01335 0.198

a) ¿El coeficiente de distribución se comporta idealmente? ¿A qué se debe?

Tiende a comportarseCAgude manera

CBencideal ya que la variación del valor de K a lo largo de cada
Prue a eno
K
una debalas pruebas
[mol/ [mol/
no es tan perceptible, a excepción de algunos resultados, por un rango de
L] L]
gran amplitud
1 0.00375 0.015 0.240384
6 62
2 0.00498 0.027 0.181090
5 91
3 0.00565 0.035 0.159154
5 93
b) 4 ¿Qué 0.00668 0.049 en la 0.134949
ecuación se reporta literatura en el sistema ácido benzoico-agua-
5 49
benceno
5 para0.00745
que el coeficiente
0.061de distribución
0.120941 tienda a ser constante?
6 56
c) 6 Con la0.00867 0.083¿cuál0.103832
ecuación anterior, es el valor del coeficiente de distribución para
5 34
el sistema ácido benzoico-agua-benceno a 30°C?

7. A partir de la expresión del coeficiente de distribución para un sistema no ideal 𝐾 =

𝐼
(𝑠 , represente la ecuación en términos lineales identificando qué valor representa la
) 𝐼𝐼 𝑁
(𝐶𝑠 )

pendiente y cuál la ordenada al origen.

8. Un estudio sobre distribución del ácido benzoico en sistemas emulsificados

arrojó los siguientes resultados:

Tabla 2: Datos de distribución de ácido benzoico entre agua y parafina líquida a 25°C.
 Prue CAgua [mM/L] CP [mM/L]
ba
1 6.17 3.14
2 5.31 2.45
3 4.53 1.75
4 3.5 1.08
Fuente: Anderson R. A. & Chow, C. E, J. Soc. Cosmetic Chemists 18 207-214
(1967) [4].

a) Compruebe si el sistema se comporta

idealmente. Dentro de este sistema podemos notar que no

se comporta de manera ideal ya que los valores

CAgu CP
Prue a
K
ba [mM/ de las concentraciones del soluto varían, lo cual
[mM/ L]
L]
puede indicar un disociamaniento iónico o
1 6.17 3.14 1.964968
15
cualquier otra razón por la cual se indica que es
2 5.31 2.45 2.167346
94 no ideal
3 4.53 1.75 2.588571
43
4 3.5 1.08 3.240740
74
b) Tomando como base la ecuación obtenida en el punto 6, grafique los datos de la

tabla 2 para obtener los valores del coeficiente de distribución 𝐾 y de 𝑁.

9. Lleve a cabo una investigación en algún artículo científico en donde se utilice

un sistema de tres componentes en equilibrio, cuyo objetivo de estudio sea la variación

del coeficiente de partición debido a la temperatura, mencionando:

a) El sistema de estudio.

Determinación del coeficiente de partición y del pKa de la 4,4’- diaminodifenilsulfona

b) Las ecuaciones empleadas y su razón de ser para dicho estudio.

c) Las tablas y/o las gráficas de los datos obtenidos.

10. Realice el análisis de resultados correspondiente al estudio del punto anterior.

Según los diversos estudios y practicas presentes en este trabajo y en los materiales

audiovisuales, podemos decir que los resultados obtenidos en el artículo de que hecho

forma parte de la farmacología de la propia UNAM; además de ello puedo observar que

toman nota de resultados que desconozco y que supongo son parte del estudio que ellos

realizan. De igual manera la práctica no fue diseñada para diversas temperaturas, pero a

final del ensayo se presenta que se sospecha que a distintas temperaturas no debería haber

mucha variación ya que se trata de sustancias de uso para humanos y debe ser capaz de

resistir todo tipo de temperaturas; ello solo afectaría a la solubilidad del mismo
Conclusiones

Se concluye que el obtener el coeficiente de distribución de las mezclas es de gran utilidad

ya que se aplica en muchos ámbitos para el ingeniero químico, algún ejemplo sería en el

área farmacocinética, en las extracciones, destilaciones, etc. De igual manera podemos

observar que las concentraciones de las sustancias en dos fases son la parte fundamental de

lo que llamamos este coeficiente de distribución.

Bibliografías

- Geankoplis, C.J. (1993) Transport processes and unit operations. 3ª ed.

USA: Prentice Hall.

- Irene Navarrete. (2004). Tesis pregrado. Propuesta de una práctica de

extracción líquida en una etapa para el laboratorio de introducción a los

procesos de separación. IPN.CDMX

- Levine, I. (2002). Fisicoquímica. Vol. I. España: McGraw-Hill

- Smith, J.M. et al.(2007). Introducción a la termodinámica en ingeniería química.

7ª ed. México: McGraw-Hill.

- Strife, R.A. y Walters, D.B. (2005). Laboratory health and safety handbook. USA:

Wiley-Interscience.

Anexo (artículo punto nueve)

- Noguez M., Norma A.; Rubio M. (2009). Determinación del coeficiente de partición.

Revista Mexicana de Ciencias Farmacéuticas