DDT son las siglas de diclorodifeniltricloroetano, un insecticida prohibido actualmente en muchos países debido a su toxicidad. En África, todavía se rocía en interiores para hacer frente a los mosquitos. El problema es que puede entrar en el cuerpo a través de la piel, la inhalación y los alimentos. Permanece mucho tiempo en el organismo, hasta el punto de que se ha identificado en la leche materna humana. También puede atravesar la placenta y llegar al feto. Tiene efectos secundarios graves, como trastornos hepáticos e infertilidad.
La cantidad de DDT presente en la leche materna puede identificarse mediante cromatografía RP-HPLC, que se basa en el coeficiente de partición para determinar la probabilidad de distribución[2 ] del DDT a través de las membranas biológicas. No sólo el DDT, sino muchos otros posibles contaminantes de la leche materna pueden determinarse mediante los coeficientes de partición.
Este tema, el coeficiente de partición, es importante para que, como futuros investigadores, comprendáis si una sustancia química es persistente y, en caso afirmativo, durante cuánto tiempo. Las respuestas a estas preguntas te ayudarán a tomar decisiones informadas sobre los riesgos asociados y las medidas que deben adoptarse para prevenirlos.
- Este artículo trata sobre el coeficiente de partición.
- Empezaremos viendo la definición de coeficiente de partición.
- Después, analizaremos la ecuación y la fórmula.
- Para terminar, veremos también el cálculo y la interpretación del coeficiente de partición.
Coeficiente de partición: definición
El coeficiente de partición (Kpc) de una sustancia se define como la relación entre las concentraciones de un soluto soluble en dos fases de dos disolventes inmiscibles a una temperatura dada cuando se establece el equilibrio[1].
Comprendamos esta definición con un ejemplo:
Consideremos volúmenes iguales de éter, un disolvente orgánico, y de agua. El éter y el agua son dos líquidos inmiscibles y, cuando se introducen en un embudo de separación, se separan en dos capas distintas. La capa superior será la capa de éter orgánico, menos densa que la capa acuosa inferior.
Tomemos ahora un soluto, "S", que tiene cierto grado de solubilidad en ambos disolventes. Se agita bien el embudo y se deja reposar. Las dos capas se separan con el soluto distribuido en ambas. En un momento determinado, se establece el equilibrio, lo que significa que la velocidad a la que las moléculas de amoníaco pasan a la capa orgánica desde la capa acuosa es igual a la velocidad a la que pasan de la capa acuosa a la capa orgánica.
Esto puede representarse mediante la ecuación
\(S_(org)\(aq)\)
Coeficiente de Partición: Ecuación y fórmula
Basándonos en la definición, escribiremos ahora la ecuación/fórmula del coeficiente de partición.
$$Kpc=\frac{[soluto]_{Disolvente orgánico}}{[soluto]_{Agua}}$$
Los corchetes representan la concentración de la sustancia, soluto en este caso. Una forma fácil de recordarlo es que la capa orgánica flota en la parte superior; por tanto, puedes escribirla en el numerador.
Echa un vistazo a la representación diagramática de lo que acabamos de discutir:
Fig. 1: Embudo de separación, Archana Tadimeti, StudySmarter
La relación entre la concentración de un soluto ionizable disuelto en un disolvente orgánico y la concentración de soluto en la fase acuosa se denomina coeficiente de distribución. Si una sustancia se ioniza en el agua, la parte ionizada de la sustancia no se reparte en el disolvente orgánico. En ese caso, el coeficiente de partición sólo tiene en cuenta la concentración de la porción unionizada del soluto en el agua, porque sólo esa porción puede pasar a la otra capa. La porción ionizada del agua no puede dividirse ni pasar a la capa orgánica y viceversa.
Así pues, el coeficiente de partición en el caso de solutos ionizables da las verdaderas afinidades relativas del soluto entre las dos fases, mientras que el coeficiente de distribución tiene en cuenta tanto la porción ionizada como la porción unida del soluto.
El coeficiente de reparto tiene una gran importancia en la industria farmacéutica. Un fármaco que vaya a tomarse por vía oral debe tener afinidades tanto por los disolventes orgánicos como por el agua. Los disolventes orgánicos son lipofílicos y pueden disolver los lípidos. Por tanto, si un fármaco es soluble en disolventes orgánicos, puede atravesar la membrana lipídica que rodea las células de nuestro cuerpo. Dentro de la célula hay agua y, para que el fármaco sea eficaz, ahora debe ser soluble en agua. Si el fármaco no es soluble en absoluto en disolventes orgánicos, no podrá atravesar la membrana lipídica de la célula y será eliminado del organismo. Del mismo modo, si el fármaco no es soluble en agua, a pesar de atravesar la membrana lipídica no tendrá ningún efecto deseado y esperado. Generalmente, en la industria farmacéutica se consideran el octanol y el agua para estimar la afinidad de los fármacos.
Aspectos a tener en cuenta sobre el coeficiente de partición -
- Los coeficientes de partición varían con la temperatura, como cualquier otra constante de equilibrio.
- El soluto no debe reaccionar con ninguno de los dos disolventes, ni ionizarse en él.
- El soluto debe estar presente en el mismo estado físico en ambos disolventes.
- Los coeficientes de partición son más precisos para las disoluciones diluidas.
Cálculo del coeficiente de partición
En un recipiente que contiene 100 ml de agua y 10 ml de un disolvente orgánico, se añade 1 g de metilamina (CH3NH2). Al mezclar, se transfieren 0,6 g de metilamina a la capa de éter. Calcula el coeficiente de partición entre el disolvente orgánico y el agua.
Solución
Como nos han pedido que calculemos el coeficiente de reparto entre el disolvente orgánico y el agua , la concentración de soluto en éter estará en el numerador, ya que se menciona en primer lugar. Por tanto, la fórmula pasa a ser
$$ K_{pc} = \frac {[CH_3NH_2]_{disuelto~en~disolvente~orgánico}}
{[CH_3NH_2]_{dissolved~in~water}} $$
Se da que al mezclar, 0,6 g de metilamina pasan al disolvente orgánico.
$$ concentración~de~CH_3NH_2~en~disolvente~orgánico = \frac {0,6}{10}~g~cm^{-3}$$
Eso significa que el resto de la metilamina está disuelta en agua.
$$ Por lo tanto~concentración~de~CH_3NH_2~en~disolvente orgánico = \frac {1-0,6}{100} = \frac {0,4}{100}~g~cm^{-3}$$
Ahora que conocemos la concentración del soluto en ambos disolventes, podemos calcular el coeficiente de partición:
$$ K_{pc} = \frac {\frac {0,6}{10}{\frac {0,4}{100}} $$
$$ K_{pc} = 15 $$
Recuerda que 1 ml = 1 cm3.
Siempre debes tener cuidado de utilizar las mismas unidades de concentración tanto en el numerador como en el denominador. Como se ha dicho antes, ten en cuenta que el Kpc es una cantidad adimensional
Veamos el mismo problema, pero desde un ángulo diferente.
Se agita 1 g de metilamina con 100 ml de agua y 5 ml de un disolvente orgánico. El coeficiente de partición, Kpc, entre el disolvente orgánico y el agua es 20. Determina la cantidad de metilamina disuelta en el agua y en el disolvente orgánico.
Solución
Escribamos la información que nos da el problema.
$$ Peso~de~CH_3NH_2 = 1g $$
$$ Volumen~de~agua = 100 cm^3 $$
$$ Volumen~de~disolvente~orgánico = 5 cm^3 $$
$$ K_{pc} = 20 $$
Tenemos que averiguar qué cantidad de metilamina está disuelta en el agua, y qué cantidad en el disolvente orgánico. Podemos empezar escribiendo la fórmula del Ksp. Recuerda que el Ksp se da entre el disolvente orgánico y el agua, por lo que el disolvente orgánico estará en el numerador.
$$ K_{pc} = \frac {[CH_3NH_2]_{disuelto~en~disolvente~orgánico}}{[CH_3NH_2]_{disuelto~en~agua}} $$
Supongamos que la cantidad de metilamina disuelta en el disolvente orgánico es x. Por tanto, la cantidad disuelta en el agua es 1-x.
$$ Concentración~de~metilamina~en~disolvente~orgánico = \frac {x}{5} $$
$$ Concentración~de~metilamina~en~agua = \frac {1-x}{100} $$
$$ Por tanto, K_{pc} = \frac {\frac {x}{5} }{frac {1-x}{100} } = 20 $$
$$ \frac {20\cdot x}{1-x} = 20 $$
$$ Por lo tanto x = 1-x $$
$$ x = \frac {1}{2} = 0,5 $$
Por tanto, 0,5 g de metilamina están disueltos en la capa de disolvente orgánico, y los otros 0,5 g están disueltos en agua.
Veamos otro ejemplo.
Una pregunta modelo similar apareció en uno de los trabajos anteriores.
P: El amoníaco es soluble tanto en agua como en disolventes orgánicos. Se agita una disolución acuosa de amoníaco con el disolvente orgánico inmiscible triclorometano. Se deja que la mezcla alcance el equilibrio. Se toman muestras de cada capa y se valoran con ácido clorhídrico diluido.
- Una muestra de 25,0cm3 de la capa de triclorometano requiere 13,0cm3 de 0,100mol-dm-3 HCl para alcanzar el punto final. (PARTE 1)
- Una muestra de 10,0cm3 de la capa acuosa requiere 12,5cm3 de 0,100mol-dm-3 HCl para alcanzar el punto final. (PARTE 2)
(ii) Calcula el coeficiente de partición, KPartición, del amoníaco entre el triclorometano y el agua.
SOLUCIÓN
Antes de intentar responder a estas preguntas, debes fijarte bien en las unidades de todas las magnitudes físicas. Todas deben coincidir entre sí.
Aquí los volúmenes se dan en cm3 mientras que la concentración se da en mol dm-3. Primero debes convertir el volumen en dm3o la concentración en mol cm-3. Cualquiera de las dos formas funciona bien.
Por comodidad, indicaremos la capa de triclorometano como (org) y la capa acuosa como (aq)
Aquí abordaremos esta cuestión convirtiendo las unidades de volumen de cm3 a dm3.
PARTE- I: TRICLOROMETANO/CAPA ORGÁNICA
\(V_{NH_3(Org)}) = \(25,0 cm^3) = \(25 \times 10^{-3} dm^3\qquad 1 cm^3 = 10^{-3} dm^3)
\(V_{HCl}\) = \(13,0 cm^3) = \(13,0 \veces 10^{-3} dm^3)
Para facilitar el cálculo, convirtamos la concentración de \(HCl\) de número real a notación científica.
\(0,100~ mol~ dm^{-3} = 100 \times 10^{-3} dm^{-3} \)
Hallemos ahora la concentración de a partir de los resultados de la valoración.
\(NH_3+HCl\ncerca de NH_4Cl\)
un mol de amoníaco reacciona con un mol de HCl. Por tanto, el número de moles es igual. Si hallamos el número de moles de HCl a partir de la concentración y el volumen de HCl, sabremos el número de moles de Amoníaco . A partir de esta información, podemos deducir la concentración de Amoníaco en la capa orgánica.
Concentración de HCl = número de moles de HCl / volumen de HCl utilizado para alcanzar el punto final
\(100 \times 10^{-3} mol~dm^{-3} \) = \(\dfrac {n_{HCl} } {13 \times 10^{-3}dm^3} \)
\(n_{HCl}) = (13 veces 10^{-3}) \{dm^3} {dm^3} \veces 100 veces 10^{-3} mol~cancel {dm^{-3}}. \)
Simplificando...
\(n_{HCl}\) = \(1,3 \times 10^{-3} mol\)
∴ (n_{HCl}) = (n_{NH_3}) = (1,3 veces 10^ {-3} mol)
Ahora, utilizando este número de moles y el volumen dado en la pregunta, hallemos la concentración de amoniaco en la capa orgánica (cloroformo/triclorometano).
\( \mathrm{Concentración_{org}}) = \(\dfrac {n_{org}} {V_{org}})
= \(\dfrac {1,3 \times 10^ {-3}mol} { 25 \times 10^{-3} dm^{3}})
= \(\dfrac {1,3 veces \cancel {10^ {-3}mol} {25 veces la cancelación {10^{-3}dm^{3}})
= \(0,052~mol~dm^{-3}\)
∴ \ ( \mathrm{Concentración_{org}}) = \(0,052~mol~dm^{-3}\) -------------------------------
Parte II: CAPA ACUOSA
Convertir todas las unidades
Datos:
Volumen de la muestra en la capa acuosa \(V_{aq}\) = \(10 cm^3 \) = \(10 \times 10^{-3} dm^3)
Volumen de HCl necesario para neutralizar el amoníaco en la capa acuosa = \(12,5 cm^3) = \(12,5 veces 10^{-3}dm^3)
Concentración de HCl utilizada = \(0,100~mol~dm^{-3}\) = \(100 \times 10^{-3} mol~dm^{-3}\)
A partir de los datos, calculemos primero el número de moles de HCl que reaccionan con el amoníaco en la capa acuosa. El número de moles obtenido será igual al número de moles de amoníaco.(pista: ecuación)
Concentración de HCl = número de moles de HCl / volumen de HCl utilizado para alcanzar el punto final
\( \mathrm {Concentración_{aq}}) = \( \dfrac {n_{HCl}} {V_{HCl}})
\(100 veces 10^{-3} mol~dm^{-3}) = (frac {n_{HCl} {12,5 veces 10^{-3}dm^3})
\(n_{HCl}\) =\(12,5 \times 10^{-3} \{dm^3} =(12,5 veces 10^3}) =(100 veces 10^{-3} mol~ {dm^{-3}) \)
\(n_{HCl}) = (1,25 veces 10^ {-3} mol)
Ahora que tenemos el número de moles, podemos deducir la concentración de amoniaco en agua.
\Concentración_{NH_3~en~aq}) = = (drac {{NH_3}} { V_{NH_3}})
= = 1,25 veces {10^{-3}mol} {1,25 veces {10^{-3}}mol}. {10 veces la cancelación {10^{-3}} dm^3})
= \(0,125 mol~dm^{-3}\)
∴ \( \mathrm Concentration_{aq} \) = \(0,125 mol~dm^{-3}\) ------------------ 2
HALLAR EL COEFICIENTE DE PARTICIÓN DEL AMONÍACO:
A partir de los resultados 1 y 2
\(K_{pc}} = \( \dfrac {Concentración_{org}} {Concentración_{aq}})
= \( \dfrac {0,052 \cancel {mol~dm^{-3}} {0,125 \cancel {mol~dm^{-3}})
| \(K_{pc}\) = \(0,416\) |
Por tanto, el coeficiente de partición del amoníaco es 0,416. Observa que las unidades se anulan y el coeficiente obtenido no tiene unidades.
Coeficiente de partición: Interpretación
¿Por qué necesitamos conocer el coeficiente de partición de un soluto?
Pues bien, el coeficiente de partición del soluto nos indica la afinidad del soluto hacia el agua y los disolventes orgánicos. Si un soluto es más soluble en el agua que en el disolvente orgánico, entonces la concentración del soluto será mayor en el agua. Esto significa que el soluto es hidrófilo, amante del agua.
Supongamos que la concentración de un soluto en el agua es de 8 mol/dm3 y la concentración de un soluto en un disolvente orgánico es de 2 mol/dm3. El coeficiente de partición será
$$Kpc=\frac{2}{8}=0.25$$
Observa que el coeficiente de reparto no tiene unidades, es adimensional, ya que es una relación.
El valor del coeficiente de partición inferior a 1 indica que el soluto es hidrófilo, por lo que tiene más afinidad por el agua. En cambio, si el valor de Kpc es superior a 1, indica que el soluto es hidrófobo (y lipofílico), por lo que es más soluble en el disolvente orgánico.
Por tanto, es interesante observar que si
| Kpc < 1 - Hidrófilo/amantedel agua -más soluble en agua-PolarKpc > 1 - Hidrófobo-amante del agua-más soluble en disolvente orgánico-no polar |
Coeficiente de partición - Puntos clave
- El coeficiente de reparto es la relación entre la concentración de un soluto disuelto en dos líquidos inmiscibles, medida cuando el soluto está en equilibrio a través de la interfase entre los dos líquidos.
- La relación entre la concentración de un soluto ionizable disuelto en un disolvente orgánico y la concentración del soluto en la fase acuosa se denomina coeficiente de reparto.
- Fórmula del coeficiente de reparto , \(K_pc\) = \( \dfrac {[Soluto]_{org}} {[Soluto]_{aq}})
- El coeficiente de partición ayuda a comprender cómo se produce la distribución de un soluto entre dos líquidos inmiscibles.
- Los coeficientes de partición varían con la temperatura, como cualquier otra constante de equilibrio.
- El coeficiente de partición es adimensional, no tiene unidades.
- El coeficiente de partición nos ayuda a determinar la solubilidad, la naturaleza polar-no polar y la hidrofilia de un soluto.
- Si el Kpc es inferior a 1, significa que el soluto es más soluble en agua y si el Kpc es superior a 1, indica que el soluto es menos soluble en agua y más soluble en el disolvente orgánico.
Referencias
- https://read.oecd-ilibrary.org/environment/test-no-117-partition-coefficient-n-octanol-water-hplc-method_9789264069824-en#page2
- https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21300395/
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