Procesos Fundamentales de Separación Química

Adsorción

La adsorción es una operación de separación de sustancias que se realiza al poner en contacto un fluido con un sólido adsorbente. Este proceso es reversible; el adsorbente puede expulsar el líquido adsorbido, dando lugar a la desorción.

• La capacidad de adsorción disminuye con el aumento de la temperatura.
• La sustancia adsorbida se denomina adsorbato.
• La sustancia que adsorbe se denomina adsorbente.

Factores que Intervienen en la Adsorción

Los principales factores que influyen en la adsorción son:

1. Presión de vapor o concentración del soluto.
2. Temperatura.
3. Tamaño de poro de la sustancia adsorbente.
4. Existencia de adsorción física o química.

Carbones Activados

Los carbones activados son carbones pulverizados y activados con sales químicas o sustancias orgánicas sin carbonizar. Se utilizan comúnmente para:

• Decoloraciones.
• Recuperación de disolventes.
• Eliminación de olores.

Capacidad de Adsorción

La capacidad de adsorción corresponde a la cantidad máxima de producto que el adsorbente puede fijar en unas condiciones determinadas de temperatura y concentración, entre otras. Se expresa habitualmente en gramos de adsorbato por cada 100 gramos de adsorbente.

Absorción

La absorción consiste en la disolución de un gas en un líquido. En algunos casos, se utiliza para la separación de gases mezclados mediante la absorción selectiva de uno de ellos en el líquido.

Aplicaciones Comerciales de la Absorción

Se utiliza para preparar algunos reactivos comerciales importantes:

• Ácido clorhídrico (HCl): Disolución de cloruro de hidrógeno (gas) en agua.
• Amoniaco (NH₃): Disolución de amoniaco (gas) en agua.

Desorción y Equilibrio

La desorción es la operación contraria a la absorción: eliminar un gas disuelto de un líquido. La disolución del gas en el líquido continuará hasta que se establezca un equilibrio dinámico entre las moléculas disueltas y las moléculas de gas en la fase fluida.

Otras Aplicaciones de la Absorción

Se emplea en la fabricación de ácidos importantes como: $\text{HCl}$, $\text{H}_2\text{SO}_4$, $\text{HNO}_3$ y $\text{H}_3\text{PO}_4$.

Extracción

Las separaciones denominadas difusionales se utilizan para separar los componentes de una mezcla y se basan en la mayor difusión de un componente desde una fase homogénea a otra.

Definición de Difusión y Extracción

Se entiende por difusión el movimiento de un componente a través de una mezcla, debido a un estímulo físico. Esta técnica es útil para productos que son sensibles al calor y no pueden ser destilados.

La extracción puede definirse como la separación de un componente de una mezcla mediante un disolvente inmiscible con el otro componente de la mezcla. Frecuentemente, uno de los líquidos es una disolución acuosa y el otro un disolvente orgánico no miscible en agua. En el proceso, se añade un disolvente a una mezcla que contiene el soluto a extraer.

Fases en la Extracción

• Extracto: Fase donde predomina el disolvente añadido.
• Refinado: Fase donde predomina la mezcla original.

Tipos y Aplicaciones de Extracción

Se distinguen, por ejemplo, la extracción líquido-líquido (que puede emplear un embudo de decantación) y la extracción sólido-líquido.

Aplicaciones comunes de la extracción incluyen:

• Obtención de extractos vegetales.
• Separación de mezclas azeotrópicas.

Muestreo de Gases en la Atmósfera

Objetivo y Representatividad

El objetivo principal del muestreo de gases atmosféricos está relacionado con el control del nivel de contaminación. En este contexto, lo importante no es solo tomar la muestra del gas en sí, sino de los analitos que contiene.

La toma de muestras de gases en la atmósfera puede presentar falta de representatividad debido a la gran extensión que esta ocupa. Por ello, será necesario diseñar un sistema de toma de muestra que incluya un gran número de puntos. El equipo de toma de muestra suele ser un captador activo.

Enfoques de Muestreo

1. Análisis en la Fuente (Estudio de Emisión)

Se toman muestras directamente en un conducto o chimenea. En esta situación, las concentraciones de los contaminantes son elevadas, conocidas y se parte de puntos concretos de muestreo.

2. En el Medio Ambiente (Análisis de Inmisión)

Busca conocer y evaluar contaminantes atmosféricos una vez han sido emitidos y evacuados a la atmósfera, donde pueden difundirse, evolucionar, transformarse y trasladarse. Las concentraciones en este caso son inferiores que en la emisión.

Frecuencia del Muestreo

• Continuo: A lo largo del año.
• Periódico: (Ej. 1 mes, 2 semanas, etc.).
• Puntual: (Días y horas específicos).

Metodologías de Muestreo

Los muestreadores pasivos y activos corresponden a la metodología discontinua, implicando un posterior análisis en el laboratorio. En contraste, los analizadores automáticos y sensores remotos pertenecen a la metodología continua, proporcionando datos a tiempo real sobre los niveles de aire.

Muestreadores Activos

El captador de pequeño volumen se emplea para la toma de muestras de partículas en suspensión en el aire y para muestras de gases, pudiéndose usar simultáneamente para ambos.

Consiste en un equipo formado por:

• Un filtro.
• Un borboteador.
• Un contador de gas.
• Una bomba aspirante.

Para cada contaminante, se introduce el filtro correspondiente en el portafolios y la solución captadora en el borboteador. En ese momento, se anota la lectura inicial del contador y se pone en funcionamiento la bomba. Después de un tiempo preestablecido, se detiene la bomba y se procede a una nueva lectura del contador. Finalmente, se desmontan el filtro y el borboteador para su traslado al laboratorio.