Decantación y Centrifugación: principios y aplicaciones en la Química

La Decantación

TEMA 12: DECANTACIÓN Y CENTRIFUGACIÓN

1. LA DECANTACIÓN. La decantación es un método mecánico de separación de mezclas heterogéneas, utilizando la fuerza de la gravedad. Estas pueden estar formadas por un líquido y un sólido, o por dos líquidos.

Fundamento de la Decantación

FUNDAMENTO: La decantación se basa en la diferencia de densidades entre los dos componentes, que hace que, dejados en reposo, ambos se separen hasta situarse el más denso en la parte inferior del envase que los contiene (fig. 1). De esta forma, podemos vaciar el contenido por arriba (si queremos tomar el componente menos denso) o por abajo (si queremos tomar el más denso).

1 2 Figura 1 Separación de dos líquidos inmiscibles de diferente densidad. OBL tema 12 Centre Ciutatvella 1Además de la diferencia de densidades, existe una fuerza impulsora que es la fuerza de la gravedad por eso también puede recibir el nombre de sedimentación gravitatoria. Recuerda que la densidad es la relación que existe entre la masa de una sustancia y el volumen que ocupa. Las sustancias con densidades elevadas tendrán un peso mayor, por lo que serán más atraídos por la fuerza de la gravedad y, por lo tanto, quedarán en la parte inferior del recipiente que contiene la mezcla. Para hablar del procedimiento y del dispositivo utilizado, distinguiremos entre los dos tipos de decantación.

Decantación de Mezclas Líquido-Líquido

CENTRE CIUTAT VELLA 1.1. DECANTACIÓN DE MEZCLAS LÍQUIDO-LÍQUIDO. Las mezclas de dos líquidos inmiscibles o emulsiones se separan utilizando un embudo de decantación: recipiente de vidrio de forma cónica con una abertura en la parte superior, la cual está controlada por un tapón de plástico y una abertura mucho más estrecha en la parte inferior, el paso a través de la cual está regulado mediante una llave. El embudo se encuentra fijado a un soporte, normalmente de aluminio, mediante un aro que lo sujeta, impidiendo que la punta final del embudo entre en contacto con la superficie. Justo debajo del embudo se pondrá el recipiente recolector que puede ser un matraz o un vaso de precipitados.

OBL tema 12 Centre Ciutatvella 2La decantación líquido-líquido se utiliza normalmente en una oficina de farmacia para extraer y aislar principios activos a partir de una muestra líquida. Por ejemplo, se obtiene un principio activo oleoso mediante una técnica de extracción determinada y queremos aislarlo para obtener un aceite esencial, sabiendo que el principio activo tiene afinad por los disolventes oleosos, colocaremos la mezcla en el embudo de decantación y se dejará reposar hasta que se separen las dos fases, y una vez se observen se seguirán los siguientes pasos explicados en el procedimiento para obtener la fase oleosa pura libre de contaminantes acuosos.

Procedimiento de Decantación Líquido-Líquido

PROCEDIMIENTO (fig. 2): CENTRE. CIUTAT VELLA

1. Situar el embudo en un soporte, cargarlo con la mezcla y dejarlo en reposo.
2. El líquido más denso se situará en la parte inferior y el menos denso en la superior, con lo que aparece una interfase diferenciada entre los dos líquidos.
3. Abrir la llave y dejar salir el líquido más denso, que se recoge en otro recipiente situado debajo.
4. Al llegar a la interfase, cerrar la llave
5. Cambiar el recipiente de recogida y volver a abrir la llave para recoger el líquido menos denso.

OBL tema 12 Centre Ciutatvella 3Decantación Por aqui se introduce la mezcla separar liquides imselolles centre sí y on diferentes aceite Embudo de decantación densidades. 0 Livre de paso Tradicionalmente d aceite de olm se obSene separándolo del resto de la aceitunas triturada por decantación. agua Figura 2 Procedimiento de decantación para separar agua y aceite.

Decantación de Mezclas Sólido-Líquido

1.2. DECANTACIÓN DE MEZCLAS SÓLIDO-LÍQUIDO. El objetivo de este tipo de decantación es eliminar partículas sólidas suspendidas en un líquido utilizando la fuerza de la gravedad, por medio de la cual el sólido, después de un determinado tiempo de reposo, tenderá a precipitarse o sedimentarse en el fondo, de manera que la fase líquida queda libre de partículas sólidas. En este caso en realidad suele recibir el nombre de clarificación o sedimentación. Una vez que el sólido se ha depositado en el fondo, hay que verter el líquido en otro recipiente con cuidado de no arrastrar el sólido. En la oficina de farmacia, el proceso se lleva a cabo en vasos

OBL tema 12 Centre Ciutatvella 4de precipitados (fig. 3), aunque es en la industria donde se emplea con más frecuencia. Entre las aplicaciones más comunes tenemos la purificación de aguas debido a la precipitación de partículas sólidas contaminantes que pudiera contener quedando depositadas en el fondo de los recipientes de sedimentación, obteniendo así líquidos limpios y transparentes. C A Figura 3 Diferentes etapas en el proceso de sedimentación.

Sedimentación en Laboratorio

En el laboratorio, la sedimentación también puede hacerse en tubos de ensayo, probetas o en conos Imhoff o de sedimentación si nos interesa medir la cantidad de sólido sedimentado por unidad de volumen de mezcla (información útil en el tratamiento de aguas o en laboratorios de análisis medioambiental). El cono Imhoff es un recipiente cónico transparente, generalmente de 1 litro de capacidad y graduado cerca de su cúspide (fig. 4).

OBL tema 12 Centre Ciutatvella 51000 Ine Figura 4 Cono imhoff.

Aplicaciones y Eficacia de la Sedimentación

CENTRE CIUTAT VELLA La sedimentación o clarificación, se utiliza cuando se quieren obtener líquidos totalmente limpios y transparentes, libres de partículas en suspensión, tanto en farmacia como en la industria alimentaria (por ejemplo, la clarificación del vino). Puesto que la fuerza impulsora es la gravedad, como método de separación es menos eficaz que otros como la filtración o la centrifugación y además requiere tiempo para llevarse a cabo. Por eso suele utilizarse como método complementario: por ejemplo, en la elaboración de zumos, primero hay una decantación y luego una filtración, de modo que la filtración es así más rápida y efectiva.

Floculación en la Sedimentación

OBL tema 12 Centre Ciutatvella 6En otras ocasiones, cuando el sólido es incapaz de precipitar por su propio peso, se añaden a la mezcla sustancias que se unen a las partículas sólidas, aumentando su tamaño de modo que caen al fondo por gravedad más rápidamente, hablamos entonces de floculación y las sustancias añadidas son los floculantes. Este tipo de sedimentación es la que se utiliza en las estaciones de depuración de aguas residuales o en plantas potabilizadoras (fig.5). Agua residual filtrada Metano Lodo Tanque de sedimentación Aqua IO) CanStock Tanque de descomposición Abono Lechos de filtrado Agua depurada C Can Stock Photo - 0503617521 Figura 5 Esquema de los procesos que tienen lugar en la depuración de aguas residuales, entre ellos sedimentación y filtrado. A la derecha, foto de un tanque de sedimentación.

La Centrifugación

2. LA CENTRIFUGACIÓN. La centrifugación es un método mecánico de separación de mezclas heterogéneas, utilizando la fuerza centrífuga. Estas mezclas pueden estar formadas por un sólido en suspensión o por dos líquidos.

Fundamento de la Centrifugación

OBL tema 12 Centre Ciutatvella 7FUNDAMENTO: Al igual que la decantación, la centrifugación se basa en la diferencia de densidades entre los dos componentes, pero se acelera la sedimentación natural debida a la fuerza de la gravedad al someter a la mezcla a una rápida rotación, de modo que la fuerza impulsora de la sedimentación es la fuerza centrífuga. Tras someter una mezcla heterogénea a una centrifugación, obtenemos dos fracciones:

• Precipitado o pellet: que se corresponde a la fracción sólida con mayor densidad y que por tanto ha sido arrastrada hacia el fondo del tubo de ensayo. ensayo! LA
• Sobrenadante: suele ser de naturaleza líquida, ya que está formada por el disolvente y en algunos casos también algunas pequeñas partículas sólidas en suspensión que no han llegado a precipitar, y quedan en la parte superior.

Aplicaciones de la Centrifugación

La aplicación más conocida de la centrifugación en laboratorio es la centrifugación de la sangre y del plasma para obtener sus diversas fracciones y para el cálculo del hematocrito. También se utiliza para centrifugar la orina como paso previo y fundamental en el análisis del sedimento urinario.

La Centrífuga

OBL tema 12 Centre Ciutatvella 82.1. LA CENTRÍFUGA. Es el dispositivo utilizado en la centrifugación, consta de un cilindro o rotor que gira alrededor de un eje central mediante un motor eléctrico. Dispone de dos mandos que permiten controlar los dos parámetros que caracterizan la intensidad de la centrifugación a realizar (fig. 6):

• El tiempo
• La velocidad de giro. Depende del modelo de centrífuga y suele estar entre 3000 y 50000 rpm (revoluciones por minuto).

En el interior del rotor hay unas fundas o vainas en las que se colocan los tubos de ensayo con la mezcla a separar. CENTRE CIUTAT VELLA Figura 6 Varios modelos de centrífuga.

Precauciones de Seguridad con Centrífugas

OBL tema 12 Centre Ciutatvella 9PRECAUCIONES DE SEGURIDAD EN EL TRABAJO CON CENTRÍFUGAS Como hemos visto, las centrífugas son dispositivos en los que se genera una velocidad de giro y tienen partes en movimiento, por lo que hay una serie de peligros derivados de su manejo:

• Rotura del rotor y contusión por contacto con las partes en movimiento.
• Explosión por el funcionamiento del aparato en una atmosfera inflamable.
• Formación de aerosoles peligrosos a partir del producto que se está centrifugando.

Hay una serie de precauciones que se deben tomar a la hora de trabajar con centrífugas para evitar estos peligros:

• No deben ponerse en marcha si no están bien cerradas (normalmente cuentan con un mecanismo de seguridad que impide la puesta en marcha si no están bien cerradas).
• Equilibrar el rotor: poner un número par de tubos y distribuirlos de modo que estén en extremos opuestos tubos de igual peso. Si no tenemos un número par, habrá que ocupar los sitios vacíos con tubos llenos de agua en cantidad suficiente para que pesen igual que el tubo que tienen en el extremo opuesto.

OBL tema 12 Centre Ciutatvella 10

• Las patas del aparato deben estar bien fijadas a la mesa para evitar vibraciones o desplazamientos.

Tipos de Centrífugas de Laboratorio

TIPOS DE CENTRÍFUGAS DE LABORATORIO Dependiendo del tipo de muestra que se quiera separar y el resultado que se desee obtener, necesitaremos una velocidad de rotación (fig.7). En algunos casos será necesario además que la centrífuga posea un sistema de refrigeración puesto que la rotación produce calor y este podría alterar la muestra. Algunas de ellas son:

• Centrífuga de baja velocidad o sobremesa: o 5000rpm.

Da de baja velocidad o sobremesa:VELLA

• Sin refrigeración.
• Separación de suspensiones con partículas grandes como células o precipitados de sales insolubles.
• Micrófugas: o 10000rpm.
• Algunos modelos con refrigeración.
• Para volúmenes muy pequeños de muestra, lo que permite separar moléculas más pequeñas relacionadas con el campo de la biología molecular.
• Centrífugas de alta velocidad: o 18000-25000rpm.
• Con refrigeración ya que al trabajar a tan alta

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