princìpi dell'estrazione con solventi

Quando una sostanza è posta a contatto con due suoi solventi non miscibili tra loro, si ripartisce in misura tale che per una data temperatura il rapporto tra le concentrazioni nelle due soluzioni sia costante.
In particolare, si definisce coefficiente di ripartizione, R, il rapporto:

imbuto separatore contenente due liquidi immiscibili

R = liquido estrattore / liquido da cui si effettua l'estrazione

osservazione
Si deve notare che tra il valore del coefficiente di ripartizione ed il rapporto tra le solubilità della sostanza nei due solventi non vi è alcuna relazione. Così, per es., a 15 ºC, la solubilità dello iodio nel CS2 è 132 volte maggiore di quella nell'acqua; tuttavia, R = 410

Se introduciamo un volume di liquido, V, contenente una quantità q di sostanza A in un imbuto separatore (v. figura a destra) ed a questo aggiungiamo un volume, v, di liquido immiscibile con il primo, allora - dopo aver agitato vigorosamente per aumentare la superficie di contatto fra i due liquidi - la sostanza A si ripartirà secondo il processo seguente:

dopo la prima estrazione, nel solvente originale V, contenente la quantità di sostanza q, rimane la quantità q - x = q1, dove x è la quantità passata nel liquido estrattore:

ripartizione tra due fasi

a numeratore è presente la quantità di sostanza x = q - q1 passata nel liquido estrattore, v; a denominatore è presente la sostanza q1 rimasta nel liquido iniziale, V.

dopo la seconda estrazione, nel solvente originale V, contenente ora la quantità di sostanza q1, rimane la quantità q1 - x = q2, dove x è la quantità passata nel liquido estrattore:

ripartizione tra due fasi

a numeratore è presente la quantità di sostanza x = q1 - q2 passata nel liquido estrattore, v; a denominatore è presente la sostanza q2 rimasta nel liquido iniziale, V.

con facili passaggi, si ricavano le quantità q1 e q2 rimaste nel solvente iniziale dopo la prima e la seconda estrazione:

residuo dopo la prima estrazione residuo dopo la seconda estrazione

combinando le due equazioni, si ottiene la quantità rimasta nel solvente dopo la seconda estrazione:

residuo alla seconda estrazione

con analogo procedimento, si può ricavare la quantità di sostanza rimasta nel liquido iniziale dopo N estrazioni (legge di Berthelot e Jungfleisch)

residuo alla Nma estrazione

(matematicamente occorrono infinite estrazioni, nella realtà dopo poche estrazioni si ottengono bassissime quantità residue nel solvente iniziale).

esempio 1: il coefficiente di ripartizione di una sostanza tra acqua ed etere è 0,2. Si domanda la quantità di sostanza estratta da un litro d'acqua che ne contiene 40 g utilizzando 500 ml di etere in un'unica estrazione.

Poiché R acqua/etere = 0,2 mentre il quesito richiede l'estrazione da una soluzione acquosa, occorre considerare che R etere/acqua = 1/0,2 = 5

a questo punto, il calcolo della quantità rimasta nella soluzione acquosa è immediato:

q1 = 40 [1000/(1000 + 5 · 500)] = 11,43 g

la quantità estratta è data dalla differenza: 40 - 11,43 = 28,57 g

esempio 2: con i dati dell'esempio precedente, calcolare la quantità estratta utilizzando 10 frazioni di estrattore ognuna costituita da 50 ml di etere.

utilizzando la formula per N estrazioni, si ha:

q10 = 40 [1000/(1000 + 5 · 50)]10 = 4,29 g

la quantità estratta è data da: 40 - 4,29 = 35,71 g

Dai due esempi proposti, risulta che un'estrazione con un volume v frazionato in N parti approssimativamente uguali è più efficace della stessa operazione effettuata con un unico volume di liquido estrattore.


estrazione della clorofilla

La clorofilla è una molecola di formula complessa, contenente un atomo di magnesio, presente nelle parti verdi delle piante. La clorofilla conferisce alle foglie il colore verde e converte la luce solare nell'energia necessaria perché le piante possano svolgere la fotosintesi clorofilliana.

La clorofilla può essere facilmente estratta dalle foglie verdi di qualunque pianta. Per effettuare l'estrazione occorrono:

  1. alcol a 96° ;
  2. un mortaio di vetro, porcellana o materiale plastico;
  3. carta da filtro;
  4. un becher;
  5. un imbuto;
  6. un estrattore.
Si fa a pezzi una certa quantità di foglie e si mette nel mortaio, si schiaccia col pestello e si aggiunge una piccola quantità di alcol, si continua a schiacciare le foglie col pestello aggiungendo ancóra dell'alcol. Dopo qualche minuto si travasa l'alcol dal mortaio nel becher e si procede alla filtrazione del liquido per eliminare i frammenti di foglia rimasti. Si otterrà un liquido di colore verde intenso a causa del contenuto di clorofilla sciolta nell'alcol.

E' possibile concentrare la clorofilla ricorrendo alla separazione per ripartizione di fase: questo processo si può realizzare grazie alla maggior solubilità della clorofilla in un solvente non miscibile con l'alcol, per esempio il benzene.

 estrazione clorofilla  estrazione clorofilla  estrazione clorofilla
da sx: filtrazione; raccolta nell'imbuto separatore; stratificazione (foto di Linda Westgate, Warren D. Dolphin, and Mark A. Mangum).

In un imbuto separatore si versa la soluzione alcolica di clorofilla, si aggiunge circa 1/4 di benzene e si agita energicamente; si lascia poi a riposo finché si avrà la stratificazione.
Ad equilibrio raggiunto si vedrà che lo strato superiore di benzene è colorato di verde intenso mentre lo strato alcolico sottostante è di un colore giallo verdastro in quanto la clorofilla, molto più solubile nel benzene che nell'alcol, tenderà a raccogliersi nello strato superiore.

Raccogliendo lo strato di benzene ricco di clorofilla è possibile, con adeguata attrezzatura, portarlo a secco in modo da ottenere la clorofilla pura.

diluizioni

osservazioneI risultati ottenuti nei precedenti esempi 1 e 2, sono relativi ad una sostanza solubile in due solventi immiscibili tra loro. D'altra parte, è utile considerare che, per es., nel caso di voglia eliminare mediante lavaggio con adatto solvente il residuo rimasto in un recipiente, non è necessario riempire il recipiente e svuotarlo due, tre volte: è sufficiente eseguire questa operazione con la minima quantità di solvente necessario per solubilizzarlo.

Questa nota ha una significativa importanza perché fa sospettare il non sense delle diluizioni omeopatiche centesimali, cosa che è facile dimostrare numericamente:

una struttura impossibile
Le cose non sono necessariamente quello che sembrano!
Consideriamo, per esempio, il comune cloruro di sodio, con peso molecolare pari a 58,4. Una grammomole di NaCl pesa 58,4 g e contiene 6.022 · 1023 molecole (numero di Avogadro). Se solubilizziamo una grammomole di NaCl in 1000 ml di acqua, abbiamo la concentrazione 1 M.

Se a partire da 1000 ml di soluzione 1M (contenente 6.022 · 1023 molecole) preleviamo 1 ml (contenente 6.022 · 1020 molecole) e vi addizioniamo 99 ml di acqua, otteniamo un volume di 100 ml, corrispondente a quella che prende il nome di prima diluizione centesimale (1CH). Se ora preleviamo 1 ml da questa soluzione 1CH e, per aggiunta di acqua, portiamo il volume a 100 ml, otteniamo la seconda diluizione centesimale (2CH), che conterrà 6.022 · 1018 molecole. Ripetendo ulteriormente l'operazione, si raggiunge la diluizione 11CH conterrà 6.022 molecole. La successiva diluizione (12CH) conterrà 0,6022 molecole... poiché molecole decimali non esistono, è ovvio che nei 100 ml di questa soluzione omeopatica 12CH non è presente alcuna molecola!

 quantità in g  volume  numero di molecole
 58,4  1000 ml  6,022 · 1023
  5,84    100 ml  6,022 · 1022
  0,58      10 ml  6,022 · 1021
  0,058        1 ml  6,022 · 1020
La tabella a fianco mostra che quantità progressivamente minori di NaCl solubilizzate in volumi parimenti inferiori hanno la stessa concentrazione e non sono costituite dallo stesso numero di molecole.

Proviamo ad esaminare un esempio basato su una tintura in dose omeopatica.
Nella tintura di laudano, la morfina è presente all'1%; dunque, la tintura contiene 1 g di morfina. poiché il PM della morfina è 285, segue che nella tintura, che corrisponde ad una diluizione 1CH, sono presenti circa 21 ·1020 molecole di morfina. E' ovvio che alla diluizione 11 CH non è più presente alcuna molecola di morfina.

preparazioni estrattive1 miscele di liquidi immiscibili2 3 liquidi parzialmente miscibili4 soluzioni che non seguono la legge di Raoult5 soluzioni di acqua e alcol6 soluzioni che presentano sensibili deviazioni dalla legge di Raoult7 distillazione frazionata8 confronto fra le varie tecniche estrattive9 tecniche estrattive10
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