Separación de una mezcla de sólidos

1. INTRODUCCIÓN

El objetivo es separar los componentes de una mezcla de sólidos aprovechando diferencias en sus propiedades físicas a través de técnicas de separación, para descubrir sus propiedades más características. 

La mezcla sólida utilizada en la práctica esta compuesta por alcanfor (C10H16O), carbonato cálcico (CaCO3) y cloruro sódico (NaCl). Para obtener los diferentes componentes de la mezcla hemos hecho uso de diferentes métodos de separación de sólido-sólido, ya sea través de la sublimación (alcanfor) y diluyendo lo restante en agua, pasándolo posteriormente por el filtro, (utilizando el método de filtración por gravedad), consiguiendo así por diferencia de solubilidad separar el cloruro sódico del carbonato cálcico.

2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

2.1 DEFINICIONES.

De la mezcla sólida se obtienen los tres compuestos, ahora vamos a analizar como y porqué son así y los métodos que se han utilizado para su separación:

El alcanfor (C10H16O), es una sustancia semisólida cristalina orgánica con una elevada presión de vapor a temperatura ambiente. Con un calentamiento suave sublima, cosa que no ocurre con el NaCl o el CaCO3, así se consigue separarlo.

El carbonato cálcico (CaCO3) y cloruro sódico (NaCl), tienen que ser separados, por lo que se utiliza las propiedades de solubilidad en agua, diciendo que el NaCl es muy soluble en agua, al ser una sal iónica polar, con retículos cristalinos de gran electronegatividad, disuelta en disolventes polares (ya que su solubilidad es igual o superior a 0.1M), mientra que el carbonato cálcico es prácticamente insoluble por definición, ya que casi todos lo carbonatos son insolubles y además por que su Ks ~ 10-8 y su solubilidad no llega a 0.001M.

El método utilizado para la separación del alcanfor, es la separación de sólidos por sublimación, consistente en que un sólido se calienta y se convierte en vapor sin pasar por el estado líquido, y el vapor se vuelve a solidificar en contacto con una superficie fría.

Por ello el alcanfor el cumple que es sólido molecular apolar o con momento dipolar muy pequeño, donde las interacciones intermoleculares son muy débiles y suelen tener Pv inferiores aunque relativamente próximas a 760 mm de Hg a su temperatura de fusión, ya que para que el sólido sublime es necesario que la Pv sea = a la presión exterior y que sea antes de alcanzar su temperatura de fusión. El alcanfor (a Tf = 179°C y Pv 370 mm Hg), a temperatura ambiente sublima lentamente, basta con calentar suavemente sin alcanzar la Tf para que sus Pv lleguen a ser lo suficientemente altas como para que la sublimación tenga lugar en un tiempo corto.

Con esto se puede determinar que se trata de un sólido bastante volátil, que si se calienta puede convertirse en vapor todavía muy por debajo del punto de fusión. En contraste, el cloruro de sodio no es volátil, dado que es una sustancia iónica.

El ultimo proceso para separar el carbonato cálcico (CaCO3) y cloruro sódico (NaCl) es el de disolverlo en agua y hacer el proceso de filtrado por gravitación, que consiste en vaciar la mezcla sobre un embudo que contiene un papel de filtro. El líquido pasa a través del papel y el sólido insoluble es retenido por diferencia de solubilidades, quedando el cloruro de sodio disuelto homogéneamente en agua, que posteriormente es separado del agua a través de la ebullición del agua quedando en forma sólida.

2.2 MÉTODO EXPERIMENTAL.

Se procede a la explicación detallada de toda la práctica a través de pasos:

1. Pesar en un granatario 1g de la mezcla de sólidos, colocándola en una cápsula de porcelana y montando una estructura parar hacer que sublime el alcanfor, de un soporte con mechero bunsen y trípode para calentar, sobre ellos una placa cerámica para evitar que se rompa la cápsula de porcelana, dentro de ella la mezcla de sólidos y de forma cóncava se coloca el vidrio de reloj , sobre el se coloca el hielo:

2. Tras haber colocado la estructura, se procede a proceso de separación por sublimación, haciendo que por las propiedades del alcanfor este sublime tras aplicarle calor a través del mechero bunsen, y con el hielo se trata que al estar en forma gaseosa el alcanfor sobre una superficie fría, se consigue separarlo y quedarse de nuevo en el estado sólido, por la sublimación regresiva, quedándose pegado al vidrio de cristal.

3. Durante 15-20 min que dura el proceso de sublimación y separación, se debe añadir repetidamente pequeñas cantidades de hielo para que se produzca el proceso de superficie fría, suponiendo que se realiza la fusión del hielo y que por tanto hay que recogerlo en estado liquido para evitar que se mezcle con el gas y la mezcla, y se rompa la reacción. Para recoger el agua liquida utilizamos una pipeta Pasteur, depositándolo en un vaso de precipitado.

4. Transcurrido el tiempo de la separación por sublimación, apagamos el mecho bunsen, dejamos enfriar y sacamos el vidrio de reloj. Observamos que el alcanfor se ha quedado pegado al vidrio, por lo que con una espátula rascamos todo el alcanfor pegado, recogiéndolo en un papel de filtro previamente pesado y después lo obtenido se pesa en el granatario.

5. Se añaden 20ml de agua destilada en un vaso de precipitado, y la mezcla sólida sobrante en la cápsula de porcelana, se disuelve en agua y para facilitar su disolución se remueve con una varilla de vidrio para favorecer la disolución del NaCl. Después al añadirlo en el filtro se debe añadir unos 5ml para recoger todo el contenido.

6. Se prepara un papel de filtro liso, se pliega en forma de embudo y se pesa. Posteriormente se coloca un montaje para poder realizar la filtración por gravedad de la disolución acuosa, que por diferencia de solubilidades, el carbonato de calcio se quedara en el papel de filtro y el cloruro de sodio estará disuelto en agua en la cápsula de porcelana(al ser el cloruro de calcio más soluble). Para poder realizar esto, debemos colocar un pinza en el soporte y colocar el embudo de vidrio y dentro el papel de filtro y colocar el trípode sujetando la cápsula de porcelana.

7. Se vierte la disolución acuosa sobre el embudo de vidrio y el papel de filtro, dejándose filtrar durante el tiempo necesario.

8. Tras terminar el proceso de filtración por gravedad, se procede a pesado inmediato del filtro mojado y después se secará metiéndolo en la estufa a 110ºC, durante 10 min, tiempo tras el cual habrá que realizar mediciones repetitivas de su peso, hasta que el secado sea estable para poder obtener así el peso del carbonato de calcio

9. El filtrado se trasvasa a la cápsula de porcelana (previamente pesada) y se calienta hasta evaporación casi completa del agua. A continuación se apaga el mechero y se deja enfriar para que finalice la cristalización del NaCl.

10. A continuación se pesa el recipiente con el contenido de cloruro de sodio, obteniéndose con una sencilla resta el valor de cloruro de sodio.

3. CONCLUSIONES

Durante la práctica hemos podido obtener la separación de una mezcla de sólidos, a través de distintos procesos. Además hemos podido conseguir determinar un rendimiento propio y normal de este proceso:

MEZCLA DE SÓLIDOS C10H16O+ CaCO3 + NaCl.

Con todo esto, hemos podido determinar un cuadro resumen de toda la práctica;

SUBLIMACIÓN

20ml y 5ml

cristalización

evaporización

CaCO3

sólido

A-- Eliminación de CO2

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Peso inicial total = Pi, t = 1g

Proceso de sublimación.-

Peso inicial papel de filtro= 0.54

Peso final papel de filtro= 0.73

Peso alcanfor =Pa = 0.19

Proceso de disolución y filtración.-

Peso inicial del filtro = 3.85

Peso final del filtro = 7.85

Peso de CaCO3 = PCaCO3 = ( 4.08, 4.13, 4.07 ); 4.08-3.85=0.23

Proceso de evaporación y cristalización.-

Peso inicial cápsula de porcelana= 71.78

Peso final cápsula de porcelana= 72.11

Peso de NaCl = PNaCl = 0.33

Determinación de la composición de la muestra.-

Alcanfor (%) = 19%

CaCO3 (%) = 23%

NaCl (%) = 33%

Cálculo del rendimiento global del proceso de separación.-

Peso total = Pa + PCaCO3 + PNaCl = Pt = 0.75g

Rendimiento global del proceso = 75%

5. ANÁLISIS DE RESULTADOS

¿Por qué se deposita el alcanfor en el vidrio de reloj?

Por el proceso que ocurre en la separación de sólidos por sublimación, ya que un sólido se calienta y se convierte en vapor sin pasar por el estado líquido, y el vapor se vuelve a solidificar en contacto con una superficie fría, que esa superficie fría es el vidrio de reloj que durante el proceso se encuentra frío al añadirle constantemente hielo. Así al finalizar el proceso conseguimos que todo el alcanfor contenido en la mezcla sólida se pose en la superficie del vidrio de reloj.

¿Qué características debería reunir un sólido para que sublime en un tiempo razonablemente corto en las condiciones normales de trabajo del laboratorio?

Las características para que un sólido sublime en un tiempo corto deben ser que la presión de vapor sea parecida a la presión exterior y que además debe ocurrir antes de alcanzar la temperatura de fusión. Por ello no todos los sólidos pueden sublimar ya que tendríamos que reducir la presión exterior y eso en la práctica es casi imposible.

La mayoría de los sólidos que subliman son sólidos moleculares apolares o con momentos dipolares muy pequeños, donde las interacciones intermoleculares son muy débiles.

Un compuesto orgánico tiene Tf=156°C siendo Pv(156°C)=231 mm Hg ¿cómo podría sublimarse?

Teniendo en cuenta las condiciones para que un sólido sublime, necesitaríamos tener la presión de vapor inferiores aunque relativamente próximas a 760 mm de Hg a su temperatura de fusión. Al tener temperatura de fusión con respecto a su presión de vapor parecidas al alcanfor y cumpliendo con las expectativas de sólidos sublimadores, podríamos decir que es necesario incrementar un poco más la temperatura, sin alcanzar la temperatura de fusión, quizás podríamos acelerar la sublimación, ya que a temperatura ambiente su sublimación es bastante lenta.

¿Podría explicar por qué no se obtienen cristales grandes de NaCl?

Por su gran solubilidad en disolventes polares hace que sus iones se separen perdiendo toda la fuerza. Además en los enlaces polares es necesario grandes diferencias de electronegatividades, las cargas de los iones debe ser muy pequeña para conseguir mayor atracción y su estructura debe ser un catión grande con un anión pequeño, consiguiendo un efecto polarizante menor. Con todo ello podemos decir que al ser un enlace iónico cumpliendo con lo anterior no se pueden conseguir grandes retículos cristalinos por el tamaño y dependencia de sus iones

MEZCLA DE SÓLIDOS (C10H16O, CaCO3 ,NaCl.

SÓLIDO

C10H16O

FILTRACIÓN

DISOLUCIÓN DE NaCl

CaCO3

PAPEL

NaCl

tomado de:

Química. Experimentos. Técnicas de separación. Sublimación. Filtración por gravedad. Cristalización. Evaporación. Disolución. Alcanfor. Carbonato cálcico. Cloruro sódico

Cremas y Lociones Emolientes

DERMOFARMACIA

                                                  Cremas y Lociones Emolientes

Dra. Bertha Pareja (1)

(1) Farmacéutico Clínico, Profesor Emérito de la UNMSM

COMENTARIO

Uno de los aspectos en los cuales el consumidor necesita más información es en el empleo de las preparaciones destinadas a combatir la sequedad de la piel. En el comercio existe un número grande de cremas y lociones que, con nombres tales como humectantes, hidratantes, suavizantes, emolientes, lubricantes, plastificantes, protectoras, flexibilizantes, etc., se comercializan y aplican indistintamente.

Sin embargo, para sacar mayor provecho, es necesario conocer algunos aspectos referentes a la sequedad de la piel y a los mecanismos de acción de los diferentes componentes de las preparaciones dermatológicas y cosméticas destinadas a combatir o mejorar la sequedad.

La sequedad de la piel es una condición que se debe a múltiples causas que conducen a la pérdida del agua de constitución de las diferentes estructuras de la piel y cuyas manifestaciones varían en grado e intensidad según se presenten en procesos patológicos o sean el resultado de agresores externos como la radiación solar, las variaciones de la humedad ambiental, la altura sobre el nivel del mar y las bajas temperaturas como las que se observan en la sierra.

Las preparaciones destinadas a combatir la sequedad de la piel son las cremas y lociones emolientes en cuya formulación es importante conocer las propiedades físicoquímicas de la materia prima y el mecanismo de acción de cada una para asociar los ingredientes adecuados que produzcan el efecto deseado.

De manera general, los emolientes son sustancias que se utilizan exclusivamente para proteger la piel y combatir la sequedad. Frazier y Blank (1) han establecido que una piel seca se caracteriza por presentar algunos signos y síntomas generales como por ejemplo una superficie fisurada o rajada, falta de flexibilidad o un superficie seca y escamosa. Sin embargo, este investigador aclara que la piel puede presentarse seca y escamosa pero mantener la flexibilidad normal o inversamente, presentar una superficie suave pero carecer de flexibilidad dando una sensación desagradable de sequedad.

Desde el punto de vista bioquímico, la sequedad es la medida del contenido de agua de la piel y la acción emoliente es un fenómeno relacionado a la conservación del agua de constitución. Bajo condiciones normales el contenido de agua y la presión de vapor de la epidermis son mayores que las del aire que la rodea con la consecuente evaporación del agua de la superficie, lo que hace que la piel se torne seca por una excesiva pérdida de agua del estrato córneo cuando éste está expuesto a baja humedad, insuficiente hidratación de las capas inferiores de la epidermis y al movimiento del aire.

Para corregir la sequedad de la piel se debe restituir la humedad del estrato córneo a niveles normales (10% como mínimo) para que sus efectos sean apreciables.

El hecho fundamental de que el agua es el mejor emoliente y plastificante del estrato córneo, ha sido estudiado por Gaul y Underwood (2), quienes demostraron que la piel áspera y seca retorna a su condición normal cuando el punto de rocío está por encima del nivel crítico y la gran incidencia de piel seca estaría directamente relacionada a la caída del punto de rocío. El punto de rocío es la temperatura del aire a la cual la humedad empieza a condensarse y hacerse visible en forma de pequeñas gotas. Estos autores opinan que para propósitos de investigación biofarmacéutica, el punto de rocío es un parámetro más exacto de la cantidad de agua que contiene el aire que el cálculo de la humedad relativa.

El estado de hidratación del estrato córneo también depende de la velocidad a la cual el agua se evapora de la superficie de la piel. La pérdida difusional es una función pasiva y constante y está relacionada a la temperatura de la piel, a la presión de vapor del medio ambiente y al movimiento del aire. Quizás el factor más crítico que determina el estado de hidratación del estrato córneo es su propiedad de retener agua cuya cantidad es una función directa de la humedad relativa del ambiente que la rodea.

La química y los mecanismos de acción de las sustancias que regulan la habilidad del estrato córneo para retener agua ya ha sido explicada. Se postula que los componentes hidrosolubles están constituídos por amino ácidos como el ácido pirrolidín carboxílico (ácido piroglutámico), por exosaminas, péptidos, úrea, lactato, pentosas, iones inorgánicos y posiblemente por mucopolisacáridos que serían los responsables de su propiedad de combinarse con el agua del estrato córneo. Esta mezcla natural de elementos químicos, es la que Jacobi (3) ha llamado el factor humectante natural (NMP). Autores como Spier y Shwartz (4) comparan las propiedades hidroscópicas de esos componentes con la glicerina y los describen como iguales, sin embargo otros autores como Laden discrepan y opinan que el ácido pirrolidin carboxílico es más higroscópico, lo que fue comprobado por estudios comparativos de ambos compuestos.

La naturaleza crítica de la composición química del estrato córneo ha sido demostrada en algunos procesos patológicos que producen descamación. Analizando las escamas se ha comprobado las diferencias en la composición de manera particular las diferencias en los elementos hidrosolubles, lo que reduce la higroscopicidad y altera la película lipídica necesaria para retener la humedad. La sequedad del estrato córneo en la mayoría de procesos patológicos en que se produce descamación se atribuye a la diferencia en la composición de los elementos hidrosolubles en las escamas.

Paralelamente con los estudios para determinar la composición química del estrato córneo se han desarrollado varias técnicas para medir la difusión transepidermal así como la pérdida de agua en vivo y en vitro.

La medición de la permeabilidad del estrato córneo en estado normal y en varios procesos patológicos es un índice bastante exacto de la integridad funcional del estrato córneo, lo que permite evaluar los efectos de las preparaciones tópicamente aplicadas, de manera particular los emolientes o las preparaciones que lleven como base cremas de este tipo.

El promedio de la pérdida de agua ha sido determinado por métodos eléctricos y se ha establecido cifras promedio entre 0.2 a 0.3 mg. por cm2 por hora para la mayor parte de áreas del cuerpo. La pérdida de agua también es constante para determinada área bajo condiciones standart de humedad y temperatura, sin embargo se han observado variaciones significativas para ciertas regiones del cuerpo. Así por ejemplo, comparando la constante de difusión de la espalda con la de la frente, ésta es cuatro veces mayor, la del dorso de la mano nueve veces y la de la palma de las manos, cien veces mayor. Todos estos factores deben ser tomados en consideración para el diseño y formulación de los preparados destinados a las diferentes zonas de la piel ya sea que se trate de formas farmacéuticas o cosméticos.

Materias Primas emolientes

En los últimos años ha aumentado en forma significativa el número de ingredientes empleables en la formulación de cremas y lociones, lo que permite formular tanto bases para la administración de diferentes principios activos así como para las de uso cosmético. El carácter y el empleo de una crema o una loción generalmente está determinado por los diferentes aditivos que lleva así como por el color y el perfume en las de uso cosmético.

De manera general la materia prima empleada para las cremas y lociones emolientes se comercializa dividiéndola en dos grandes grupos de acuerdo a su solubilidad. Entre las más antiguas y de empleo más frecuente están los alcoholes polihídricostales como el propilenglicol, el glicerol y los glicoles polietilénicos líquidos que están considerados por muchos autores como suavizantes y humectantes ya que su principal acción es la de retardar la evaporación del agua. Se les emplea bajo la forma de emulsiones aceite en agua.

Se ha establecido que es el agua de la fase externa de la emulsión la responsable de la acción emoliente. En cambio en una emulsión del tipo opuesto es decir de agua en aceite sería la acción oclusiva la que estimularía el movimiento del agua de las capas inferiores del estrato córneo hacia la superficie, produciendo en ambos casos la emoliencia aunque por mecanismos diferentes.

De entre las múltiples sustancias empleables en la formulación de cremas y lociones emolientes hemos resumido las más empleadas en el cuadro siguiente.

Dentro de cada uno de estos grupos se encuentra un gran número de componentes, lo que explica la gran variedad de cremas y las múltiples posibilidades para la formulación, haciendo que prácticamente haya una crema para cada uso y para el gusto más exigente.v

MATERIAS PRIMAS EMPLEADAS EN LA FORMULACION DE CREMAS Y LOCIONES EMOLIENTES

Aceites hidrocarburados y ceras Derivados de lanolina Aceites de silicona Polioles Esteres de triglicéridos Derivados polieter Esteres acetoglicéridos Esteres de polioles Glicéridos etoxilados Esteres de ceras Alkil esteres Derivados de cera de abeja Alkenil esteres Ceras vegetales Acidos grasos Fosfolípidos Alcoholes grasos Esteroides Esteres de alcoholes grasos Amidas Eter-esteres

Referencias Biliográficas:

1. Frazier C. N y Blank H. A formulary for external therapy of the skin. Charles C. Tomas. Springfield. III. 1954

2. Gaul L. E y Underwood G,B. Relation of dew point and barometric pressure to chapping of normal skin. J. Invest, Dermatol. 19. July 1952.

3. Jacobi O. Natural moisturizing agents in the skin. Schmmel Briefs 396. 1968 XI Congress of Dermatol. Vol. 1 1963.

4. Spierlland Shwarts E. Chemie der Horhshicht. Sagarine. Cosmetics Science and technology. wiley Interscience Vol 1, 1972.