coprecipitación ( CPT ) o coprecipitación es la reducción por un precipitado de sustancias normalmente solubles en las condiciones empleadas. [1] Análogamente, en medicina , la coprecipitación es específicamente la precipitación de un "antígeno no unido junto con un complejo antígeno-anticuerpo". [2]
La coprecipitación es un tema importante en el análisis químico , donde a menudo es indeseable, pero en algunos casos puede ser explotado. En el análisis gravimétrico , que consiste en precipitar el analito y medir su masa para determinar su concentración o pureza, la coprecipitación es un problema porque las impurezas no deseadas a menudo coprecipitan con el analito, dando como resultado un exceso de masa. Este problema a menudo se puede mitigar mediante la "digestión" (esperando que el precipitado se equilibre y forme partículas más grandes y puras) o redisolviendo la muestra y precipitándola nuevamente. [3]
Por otro lado, en el análisis de elementos traza, como suele ser el caso en la radioquímica , la coprecipitación es a menudo la única forma de separar un elemento. Como el oligoelemento está demasiado diluido (a veces menos de una parte por trillón) para precipitar por medios convencionales, normalmente se coprecipita con un vehículo , una sustancia que tiene una estructura cristalina similar que puede incorporar el elemento deseado. Un ejemplo es la separación de francio de otros elementos radiactivos por coprecipitación con cesio sales tales como perclorato de cesio . Otto Hahn es reconocido por promover el uso de la coprecipitación en la radioquímica.
Hay tres mecanismos principales de coprecipitación: inclusión, oclusión y adsorción. [3] Una inclusión ocurre cuando la impureza ocupa un sitio de la red en la estructura cristalina del portador, lo que resulta en un defecto cristalográfico ; esto puede suceder cuando el radio iónico y la carga de la impureza son similares a los del portador. Un adsorbato es una impureza que está débilmente unida ( adsorbida ) a la superficie del precipitado. Una oclusión ocurre cuando una impureza adsorbida queda atrapada físicamente dentro del cristal a medida que crece.
Además de sus aplicaciones en análisis químico y radioquímica, la coprecipitación también es "potencialmente importante para muchos problemas ambientales estrechamente relacionados con los recursos hídricos, incluido el drenaje ácido de minas, la migración de radionúclidos en depósitos de residuos contaminados, el transporte de contaminantes metálicos en sitios industriales y de defensa, las concentraciones de metales en Sistemas acuáticos, y tecnología de tratamiento de aguas residuales ". [4]
Distribución entre precipitado y una solución de [ editar ]
Hay dos modelos que describen la distribución del compuesto trazador entre las dos fases (el precipitado y la solución): [6] [7]
- Ley de Doerner-Hoskins (logarítmica):
- Ley Berthelot-Nernst:
dónde:
- a y b son las concentraciones iniciales del marcador y el portador, respectivamente;
- hacha y por son las concentraciones de trazador y portador después de la separación;
- xey son las cantidades del marcador y el portador en el precipitado;
- D y λ son los coeficientes de distribución .
Para D y λ mayores que la unidad, el precipitado se enriquece en el marcador.
Dependiendo del sistema de coprecipitación y las condiciones, λ o D pueden ser constantes.
La derivación de la ley de Doerner-Hoskins asume que no hay intercambio de masa entre el interior de los cristales precipitantes y la solución. Cuando se cumple este supuesto, entonces el contenido del marcador en el cristal no es uniforme (se dice que los cristales son heterogéneos). Cuando se aplica la ley de Berthelot-Nernst, entonces la concentración del marcador en el interior del cristal es uniforme (y se dice que los cristales son homogéneos). Este es el caso cuando es posible la difusión en el interior (como en los líquidos) o cuando se permite que los pequeños cristales iniciales se recristalicen. Los efectos cinéticos (como la velocidad de cristalización y la presencia de mezcla) desempeñan un papel.
La distribución en contracorriente ( CCD , también escrita como "co" contracorriente "" distribución) es una técnica de química analítica desarrollada por Lyman C. Craig en la década de 1940. [1] La distribución en contracorriente es un proceso de separación que se basa en los principios del líquido. Extracción líquida donde un compuesto químico se distribuye (se reparte) entre dos fases líquidas inmiscibles (por ejemplo, aceite y agua) según su solubilidad relativa en las dos fases. La forma más simple de extracción líquido-líquido es la división de una mezcla de compuestos entre Dos fases líquidas inmiscibles en un embudo de separación . [2]Esto ocurre en cinco pasos: 1) preparación del embudo de separación con el sistema de disolvente de dos fases, 2) introducción de la mezcla de compuestos en el embudo de separación, 3) agitación vigorosa del embudo de separación para mezclar las dos capas y permitir la transferencia de masade compuestos dentro y fuera de las fases, 4) Se permite que los contenidos del embudo de decantación se establezcan nuevamente en dos fases distintas y 5) las dos fases se separan una de la otra al drenar la fase inferior. Si un compuesto es insoluble en la fase inferior, se distribuirá en la fase superior y permanecerá en el embudo de separación. Si un compuesto es insoluble en la fase superior, se distribuirá en la fase inferior y se eliminará del embudo de decantación. Si la mezcla contiene uno o más compuestos que son solubles en la fase superior y uno o más compuestos que son solubles en la fase inferior, entonces se ha producido una extracción. A menudo, un compuesto individual es soluble en cierta medida en ambas fases y, por lo tanto, la extracción es incompleta. La solubilidad relativa de un compuesto en dos fases se conoce comocoeficiente de partición .
Si bien un embudo de separación es útil para separar ciertas mezclas de compuestos con un sistema de solvente bifásico cuidadosamente formulado, se puede emplear una serie de embudos de separación para separar compuestos que tienen diferentes coeficientes de partición. La distribución a contracorriente, por lo tanto, es un método para usar una serie de recipientes (embudos de separación) para compuestos de separación mediante una secuencia de operaciones de extracción líquido-líquido. Al contrario de la extracción líquido-líquido, en los instrumentos CCD, la fase superior se decanta de la fase inferior una vez que las fases se han establecido. Primero, se introduce una mezcla en el recipiente 1 (V 1 ) cargado con ambas fases y se realiza el proceso de extracción líquido-líquido. La fase superior se añade a un segundo recipiente (V 2) que ya tiene nueva fase inferior. La fase superior fresca se agrega a V 1 . Ambos vasos se agitan y se les permite asentar. la fase superior de V 1 se transfiere a V 2 al mismo tiempo que la fase superior de V 2 se transfiere a V 3, que ya contiene la fase inferior. Se agrega nueva fase superior a V 1 , los tres recipientes se agitan y se asientan y el proceso continúa. [3] Los compuestos que son más solubles en la fase superior que en la fase inferior son más rápidos y más alejados de la serie de vasos (el "tren"), mientras que los compuestos que son más solubles en la fase inferior que la fase superior tienden a quedarse atrás. Un compuesto insoluble en la fase superior permanecerá en V1,mientras que un compuesto insoluble en la fase inferior permanecerá en el recipiente de plomo.
Desarrollo histórico [ editar ]
El trabajo inicial en el desarrollo de técnicas de separación líquido-líquido fue realizado por Cornish et al. con un proceso llamado "distribución fraccional sistemática" [4] , así como Randall y Longtin, [5] sin embargo, la figura central es ciertamente Lyman C. Craig . El desarrollo de Lyman Craig de la distribución a contracorriente comenzó con el estudio de la distribución de un producto farmacéutico, mepacrine (atabrine), entre las dos capas de un dicloruro de etileno, metanol y un sistema de solvente bifásico con solvente acuoso. [6] El coeficiente de distribución (K c que coincide con el coeficiente de partición).) de atabrine varió según la composición del sistema disolvente y el pH del tampón. En el siguiente artículo, Craig se inspiró en el trabajo de Martin y Synge con cromatografía de partición para desarrollar un aparato que separaría los compuestos según su constante de distribución ( K, que coincide con el coeficiente de partición). Se demostró que un sistema solvente compuesto de benceno, n- hexano, metanol y agua separaría las mezclas de ácidos orgánicos. [7] Es notable que la teoría matemática se desarrollara de la mano con la progresión de las aplicaciones. [8] [9] Craig continuó con este método de separación probando diferentes compuestos, [10]formular sistemas de solventes bifásicos, [11] y, lo que es más importante, desarrollar un instrumento comercialmente viable. [12] [13]
La técnica de CCD se empleó en muchas separaciones notables como la penicilina , [14] hidrocarburos aromáticos policíclicos , [15] insulina , [16] ácidos biliares , [17] ácidos ribonucleicos , [18] taxol , [19] antibióticos contra Streptomyces . [20] y muchos otros antibióticos.
crisol es un recipiente de cerámica o metal en el que los metales u otras sustancias pueden fundirse o someterse a temperaturas muy altas. Mientras que los crisoles históricamente usualmente estaban hechos de arcilla, [1] se pueden hacer de cualquier material que soporte temperaturas lo suficientemente altas como para derretir o alterar su contenido.
Historia [ editar ]
Tipología y cronología [ editar ]
La forma de los crisoles ha variado a lo largo del tiempo, con diseños que reflejan el proceso para el que se utilizan, así como la variación regional. Las primeras formas de crisol se derivan del sexto / quinto milenio aC en Europa del Este e Irán. [2]
Calcolítico [ editar ]
Los crisoles utilizados para la fundición de cobre eran, por lo general, vasijas anchas y anchas hechas de arcilla que carecen de propiedades refractarias , que son similares a los tipos de arcilla utilizados en otras cerámicas de la época. [3] Durante el período calcolítico, los crisoles se calentaron desde la parte superior utilizando tubos de soplado. [4] Los crisoles de cerámica de esta época tuvieron pequeñas modificaciones en sus diseños, como mangos, pomos o boquillas de vertido (Bayley & Rehren 2007: p47), lo que les permite ser manipulados y vertidos más fácilmente. Los primeros ejemplos de esta práctica se pueden ver en Feinan, Jordania. [4]Estos crisoles han agregado mangos para permitir una mejor manipulación, sin embargo, debido a la mala conservación de los crisoles, no hay evidencia de que haya un vertedero. El propósito principal del crisol durante este período era mantener el mineral en el área donde se concentraba el calor para separarlo de las impurezas antes de dar forma. [5]
Edad de hierro [ editar ]
El uso de crisoles en la Edad del Hierro sigue siendo muy similar al de la Edad del Bronce, y se utiliza la fundición de cobre y estaño para producir bronce. Los diseños del crisol de la Edad del Hierro siguen siendo los mismos que los de la Edad del Bronce.
La época romana muestra innovaciones técnicas, con crisoles para los nuevos métodos utilizados para producir nuevas aleaciones. El proceso de fundición y fusión también cambió con la técnica de calentamiento y el diseño del crisol. El crisol se convirtió en vasos de fondo redondeado o puntiagudo con una forma más cónica; estos se calentaron desde abajo, a diferencia de los tipos prehistóricos que tenían una forma irregular y se calentaron desde arriba. Estos diseños dieron mayor estabilidad dentro del carbón (Bayley & Rehren 2007: p49). Estos crisoles en algunos casos tienen paredes más delgadas y tienen propiedades más refractarias (Tylecote 1976: p20).
Durante el período romano se inició un nuevo proceso de metalurgia, la cementación , utilizada en la producción de latón . Este proceso implica la combinación de un metal y un gas para producir una aleación (Zwicker et al. 1985: p107). El latón se fabrica mezclando metal de cobre sólido con óxido de cinc o carbonato, que se presenta en forma de calamina o smithsonita.(Rehren 2003: p209). Esto se calienta a unos 900 ° C, el óxido de zinc se vaporiza en un gas y el gas de zinc se une con el cobre fundido (Rehren 1999: p1085). Esta reacción debe tener lugar en un recipiente cerrado o parcialmente cerrado, de lo contrario, el vapor de zinc se escaparía antes de que pueda reaccionar con el cobre. Por lo tanto, los crisoles de cementación tienen una tapa o tapa que limita la cantidad de pérdida de gas del crisol. El diseño del crisol es similar a los crisoles de fundición y fusión del período, utilizando el mismo material que los crisoles de fundición y fusión. La forma cónica y la boca pequeña permitieron añadir la tapa. Estos crisoles pequeños se ven en la Colonia Ulpia Trajana (Xanten de hoy en día), Alemania, donde los crisoles tienen un tamaño de alrededor de 4 cm, sin embargo, estos son pequeños ejemplos. [6]Hay ejemplos de recipientes más grandes, como ollas y ánforas de cocina, que se utilizan para la cementación para procesar grandes cantidades de latón; Dado que la reacción tiene lugar a bajas temperaturas, se podría utilizar cerámica de cocción más baja. [5] Los recipientes de cerámica que se utilizan son importantes ya que el recipiente debe poder perder gas a través de las paredes, de lo contrario la presión rompería el recipiente. Los recipientes de cemento se producen en masa debido a que los crisoles deben romperse para retirar el latón una vez que la reacción haya terminado, ya que en la mayoría de los casos la tapa se habría cocido al recipiente o el latón podría haberse adherido a las paredes del recipiente.
Periodo medieval [ editar ]
La fundición y fusión del cobre y sus aleaciones , como el bronce con plomo, se fundieron en crisoles similares a los de la época romana, que tienen paredes más delgadas y bases planas para sentarse dentro de los hornos. La tecnología para este tipo de fundición comenzó a cambiar a finales del período medieval con la introducción de un nuevo material de temple para los crisoles de cerámica. Algunos de estos crisoles de aleación de cobre se usaron en la fabricación de campanas. Los crisoles de fundición de campana tenían que ser más grandes a unos 60 cm (Tylecote 1976: p73). Estos crisoles medievales posteriores fueron un producto más producido en masa.
El proceso de cementación, que se perdió desde el final del período romano hasta el período medieval temprano, continuó de la misma manera con el latón. La producción de latón aumentó durante el período medieval debido a una mejor comprensión de la tecnología detrás de ella. Además, el proceso para llevar a cabo la cementación para el latón no cambió mucho hasta el siglo XIX. [7]
Sin embargo, durante este período se produjo una vasta e importante innovación tecnológica mediante el proceso de cementación, la producción de acero para crisoles . La producción de acero con hierro y carbono funciona de manera similar al latón, y el metal de hierro se mezcla con el carbono para producir acero. El primer ejemplo de acero de cementación es el acero wootz de la India (Craddock 1995: p276), donde los crisoles se llenaron con hierro forjado con bajo contenido de carbono y carbono de buena calidad en forma de elementos orgánicos como hojas, madera, etc. Sin embargo, no hay carbón. Fue utilizado dentro del crisol. Estos primeros crisoles solo producirían una pequeña cantidad de acero, ya que tendrían que romperse una vez que el proceso haya terminado.
A finales del período medieval, la producción de acero se había trasladado de la India al actual Uzbekistán, donde se estaban utilizando nuevos materiales para la producción de crisoles de acero, por ejemplo, se introdujeron los crisoles de mullita. [8] Estos eran crisoles de arcilla arenosa que se habían formado alrededor de un tubo de tela. [8] Estos crisoles se usan de la misma manera que otros recipientes de cementación pero con un agujero en la parte superior del recipiente para permitir que la presión escape.
Post Medieval [ editar ]
Al final de la Edad Media y en la Edad Media, se iniciaron nuevos tipos de diseños y procesos de crisol. Los tipos de crisoles de fundición y fusión empezaron a ser más limitados en diseños producidos por unos pocos especialistas. Los principales tipos utilizados durante el período post-medieval son los crisoles de Hesse que se hicieron en la región de Hesse en Alemania. Estos son recipientes triangulares hechos en una rueda o dentro de un molde que utiliza arcilla de alto contenido en alúmina y es templado con arena de cuarzo pura. [9] Además, otro crisol especializado que se hizo al mismo tiempo fue el de un crisol de grafito del sur de Alemania. Estos tenían un diseño muy similar al de los crisoles triangulares de Hesse, pero también se presentan en formas cónicas. Estos crisoles fueron comercializados en toda Europa y el Nuevo Mundo.
La refinación de los métodos durante los períodos Medieval y Post Medieval llevó a la invención de la cupel que se asemeja a una pequeña huevera, hecha de cerámica o ceniza de hueso que se usó para separar los metales básicos de los metales nobles. Este proceso se conoce como cupellation . La copelación comenzó mucho antes del período Post-Medieval, sin embargo, los primeros recipientes hechos para llevar a cabo este proceso comenzaron en el siglo XVI (Rehren 2003: p208). Otro recipiente utilizado para el mismo proceso es un scorifier que es similar a un cupel pero un poco más grande, elimina el plomo y deja atrás los metales nobles. Las copas y los scorifiers se produjeron en masa, ya que después de cada reducción los vasos habrían absorbido todo el plomo y se habrían saturado por completo. Estos vasos también fueron utilizados en el proceso de Ensayo Metalúrgico. donde los metales nobles se extraen de una moneda o un peso de metal para determinar la cantidad de metales nobles dentro del objeto.
Usos modernos [ editar ]
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Los crisoles se utilizan en el laboratorio para contener compuestos químicos cuando se calientan a temperaturas extremadamente altas . Los crisoles están disponibles en varios tamaños y por lo general vienen con una tapa del tamaño correspondiente .
Cuando se calienta sobre una llama, el crisol a menudo se mantiene dentro de un triángulo que se sostiene sobre un trípode.
Los crisoles y sus cubiertas están hechos de materiales resistentes a altas temperaturas, generalmente porcelana , alúmina o un metal inerte . Uno de los primeros usos del platino fue hacer crisoles. Las cerámicas como la alúmina , la circonia y especialmente la magnesia tolerarán las temperaturas más altas. Más recientemente, se han utilizado metales como el níquel y el circonio . Las tapas suelen ser de ajuste holgado para permitir que los gases se escapen durante el calentamiento de una muestra en el interior. Los crisoles y sus tapas pueden venir en forma alta y baja.Formas y en varios tamaños, pero más bien pequeños crisoles de porcelana de 10 a 15 ml se usan comúnmente para el análisis químico gravimétrico . Estos crisoles de tamaño pequeño y sus cubiertas de porcelana son bastante baratos cuando se venden en grandes cantidades a laboratorios, y los crisoles a veces se desechan después de su uso en análisis químicos cuantitativos precisos. Por lo general, hay un gran margen de beneficio cuando se venden individualmente en tiendas de hobby .
En el área del análisis químico, los crisoles se utilizan en el análisis químico gravimétrico cuantitativo (análisis mediante la medición de la masa de un analito o su derivado). El uso del crisol común puede ser el siguiente. Un residuo o precipitado en un método de análisis químico se puede recoger o filtrar de alguna muestra o solución en un papel de filtroespecial "sin cenizas" . El crisol y la tapa que se utilizarán se pesan previamente con gran precisión en una balanza analítica . Después de un posible lavado y / o secado previo de este filtrado , el residuo en el papel de filtro se puede colocar en el crisol y cocer (calentar a temperatura muy alta) hasta que todos los volátiles y la humedadSe expulsan del residuo de la muestra en el crisol. El papel de filtro "sin cenizas" se quema completamente en este proceso. El crisol con la muestra y la tapa se deja enfriar en un desecador . El crisol y la tapa con la muestra en el interior se pesan nuevamente con mucha precisión solo después de que se hayan enfriado completamente a temperatura ambiente (una temperatura más alta causaría corrientes de aire alrededor de la balanza que darán resultados inexactos). La masa del crisol y la tapa vacíos previamente pesados se resta de este resultado para producir la masa del residuo completamente seco en el crisol.
Un crisol con un fondo perforado con pequeños orificios que está diseñado específicamente para su uso en filtración, especialmente para el análisis gravimétrico como se acaba de describir, se llama crisol de Gooch en honor a su inventor, Frank Austin Gooch .
Para obtener resultados completamente precisos, el crisol se maneja con pinzas limpias porque las huellas dactilares pueden agregar una masa pesada al crisol. Los crisoles de porcelana son higroscópicos., es decir, absorben un poco de humedad pesada del aire. Por este motivo, el crisol y la tapa de porcelana también se precalientan (precalentamiento a alta temperatura) a masa constante antes del pesaje previo. Esto determina la masa del crisol y la tapa completamente secos. Para confirmar la masa constante (completamente seca) del crisol y la tapa, se necesitan al menos dos disparos, enfriamientos y pesajes que den como resultado exactamente la misma masa, y de manera similar para el crisol, la tapa y los residuos de la muestra en el interior. Dado que la masa de cada crisol y tapa es diferente, se debe realizar el pre-encendido / pre-peso para cada nuevo crisol / tapa usado. El desecador contiene un desecante para absorber la humedad del aire interior, por lo que el aire interior estará completamente seco.
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