Estimación de solubilidades de moléculas orgánicas en fluidos supercrítico mediante ecuación de estado molecular.

Abstract

Desde la década de los ochenta, los fluidos supercríticos han sido el centro de atención de muchos investigadores, principalmente por sus propiedades termofísicas que se pueden considerar como intermedio entre los extremos de comportamiento líquido (fase condensada) y vapor, y la capacidad de disolver una amplia variedad de compuestos químicos desde inorgánicos a complejas moléculas orgánicas generalmente sólidas. Precisamente es esta última cualidad la que abrió la puerta para el desarrollo de múltiples tecnologías y aplicaciones de fluidos supercríticos tales como su uso como fase móvil en experimentos cromatográficos, impregnación de sustancias en superficies sólidas, diseño y control de nanopartículas, purificación de mezclas sólidas, extracción de principios activos o moléculas objetivo desde matrices naturales entre otras. En todos los casos mencionados, desde un punto de vista termodinámico, es crucial saber cuánto de la molécula de interés se solubiliza en el fluido supercrítico y como varía la solubilidad ante cambios en las condiciones de operación ya sea de temperatura o presión. Más aún es deseable disponer de modelos termodinámicos que permitan correlacionar o predecir el impacto de estas variables en la solubilidad y dar indicios desde la perspectiva molecular del por qué ocurren esas variaciones. Tradicionalmente este problema ha sido tratado mediante dos enfoques, el uso de correlaciones empíricas y la aplicación de ecuaciones de estado cúbicas en conjunto con el enfoque φ − φ del equilibrio de fases sólido-fluido, el cual exige disponer de dos propiedades del soluto: su volumen molar y su presión de sublimación dependiente de la temperatura. Este último punto es el principal escollo que muchas veces impide el uso de ecuaciones de estado en el estudio de estos sistemas. En este trabajo de tesis, se propone estudiar sistemas de fluido supercrítico-sólido mediante una de las versiones más recientes de la ecuación de estado molecular conocida como SAFT en conjunto con el enfoque φ − φ del equilibrio de fases sólido-fluido. Esta metodología permitirá describir a las moléculas de la mezcla mediante un conjunto de parámetros moleculares con directa interpretación física, a diferencia del enfoque tradicional de ecuaciones de estado cúbicas. Además, se aplican dos métodos para la estimación del volumen molar del sólido y su presión de sublimación, lo que permitirá estudiar solubilidad de moléculas sobre las cuales se desconoce la información experimental requerida para la aplicación de ecuaciones de estado.