L’estrazione con solvente è una tecnica che consente la separazione di miscele, anche complesse, sfruttando la diversa solubilità di un composto in due solventi immiscibili tra loro.
Affinché il processo abbia successo è necessario che il solvente estraente:
- non sia miscibile con il primo
- non reagisca con il primo
- abbia una maggiore affinità verso il soluto rispetto al primo solvente
Abitualmente la tecnica viene usata per purificare o per concentrare un analita o per separarlo da specie che possono interferire in un’analisi.
Il caso più comune è quello di una soluzione acquosa con un solvente organico immiscibile con l’acqua.
I solventi organici meno densi dell’acqua e che quindi galleggiano su di essa sono etere etilico, toluene e esano mentre i quelli più densi sono cloroformio, diclorometano e tetracloruro di carbonio.
Coefficiente di ripartizione
Si supponga che il soluto S sia ripartito tra la fase organica e quella acquosa il coefficiente di ripartizione o rapporto di ripartizione K rappresenta la costante relativa all’equilibrio:
Saq ⇄ Sorg
Il valore di K è dato da:
K = [S] fase organica/[S]acquosa
ed è pertanto un numero adimensionale.
Si supponga che il soluto S contenuto in V1 mL del solvente 1 (acqua) sia estratto con V2 mL del solvente 2 (organico).
Siano m le moli di S nel sistema e sia q la frazione di S che rimane nella fase 1 all’equilibrio.
La concentrazione molare nella fase 1 vale qm/V1 mentre la frazione di soluto nella fase 2 è pari a 1-q pertanto la concentrazione molare nella fase 2 vale (1-q)m/V2.
Pertanto:
K = (1-q)m/V2/ qm/V1
Da cui
q = V1/ V1 + KV2 **
essendo q la frazione che rimane nella fase 1.
** Si rimanda alla fine dell’articolo la dimostrazione
Da questa equazione si evince che la frazione che rimane nella fase 1 dipende dal coefficiente di ripartizione e dai volumi.
Aggiungendo solvente organico la quantità di S che rimane nell’acqua diventa via via sempre più piccola.
Vantaggi
Rispetto ad altri metodi di separazione, l’estrazione con solvente fornisce un migliore effetto di separazione rispetto alla precipitazione, un grado maggiore di selettività e un trasferimento di massa più veloce rispetto al metodo di scambio ionico. Rispetto alla distillazione, l’estrazione con solvente presenta il vantaggio di un minore consumo energetico, grande capacità di produzione, azione rapida, funzionamento continuo e facilità di automazione.
L’estrazione con solvente presenta il vantaggio di non distruggere il composto
Usi
L’estrazione con solvente può essere attuata in laboratorio con l’ausilio di un imbuto separatore ma viene utilizzata nei settori più svariati a livello industriale.
Esempi sono costituiti dalla lavorazione di profumi e oli vegetali e nelle industrie di raffinazione del petrolio.
L’estrazione con solvente viene utilizzata anche per separare contaminanti pericolosi da fanghi e sedimenti. Ciò può essere particolarmente vantaggioso per i generatori di rifiuti pericolosi poiché l’estrazione con solvente riduce in ultima analisi la quantità di rifiuti pericolosi che devono essere trattati.
**K = (1-q)m/V2/ qm/V1 = (m -qm/V2)/ qm/V1 = (m -qm/V2) · V1/qm
mV1 – qmV1 = KqmV2
V1 – qV1 = KqV2
qV1 – V1 = – KqV2
qV1 + KqV2 = V1
q(V1 + KV2) = V1
q = V1/ V1 + KV2