Verteilungsgesetz bei der Extraktionsmethode. Grundgesetze und quantitative Merkmale der Extraktion

Wenn Sie zwei nicht mischbare Flüssigkeiten nehmen und eine dritte Komponente hinzufügen, löst sich diese in beiden Lösungsmitteln unterschiedlich stark auf. Wenn sich ein Gleichgewicht einstellt, ist das Konzentrationsverhältnis der resultierenden Lösungen bei einer bestimmten Temperatur konstant

= K, dies ist ein Ausdruck des Nernst-Verteilungsgesetzes, wobei

Konzentrationen der dritten Komponente in den Phasen I und II;

K - Verteilungskoeffizient.

Wenn ein gelöster Stoff in einem der Lösungsmittel dissoziiert oder assoziiert, hat die Nernst-Gleichung die Form:

Finden Pennen Nehmen Sie den Logarithmus der Gleichung und erhalten Sie die Gleichung der Geraden

Durch die Konstruktion einer geraden Linie in Koordinaten , Lass uns finden " P» als Tangens des Neigungswinkels einer Geraden (durch zwei beliebige Punkte, die auf einer Geraden liegen) tga =

InK kann aus der Gleichung ermittelt werden, indem die Werte eines beliebigen Punktes auf der Linie eingesetzt werden.

Dieses Gesetz liegt dem Extraktionsprozess zugrunde. Extraktion ist die Entfernung einer Komponente von einer Phase in eine andere. Die Extraktion erfolgt feste Phase- Extraktion von Stoffen aus der festen Phase in die Flüssigkeit (z. B. Aufbrühen von Tee, Kaffee, Zubereiten von Tinkturen, Kräuterextrakten usw.) und Flüssigphase- Extraktion eines gelösten Stoffes aus einer flüssigen Lösung Extraktionsmittel. Als Lösung bezeichnet man eine Lösung des extrahierten Stoffes im Extraktionsmittel Extrakt, und die ursprüngliche Lösung nach der Extraktion der Substanz wird aufgerufen Raffinat.

Um die Effizienz der Flüssigphasenextraktion zu berechnen, verwenden Sie die Gleichung

(3.31)

Wo X- der Anteil der nicht extrahierten Substanz im Raffinat;

V- Volumen der Ausgangslösung;

Extraktionsmittelvolumen;

ZU- Verteilungskoeffizient

P- Anzahl der Extraktionen.

Wie aus der Gleichung ersichtlich ist, gilt: Je mehr Extraktionen, desto weniger Substanz verbleibt im Raffinat, also unextrahiert, desto mehr Substanz wird durch das Extraktionsmittel extrahiert. Die Effizienz der Extraktion wird maßgeblich durch den Wert des Verteilungskoeffizienten bestimmt: Je größer der Koeffizient zugunsten des Extraktionsmittels, desto effektiver ist die Extraktion.

Die Extraktion eines Metalls in die organische Phase ist nur möglich, wenn die Löslichkeit von Verbindungen dieses Metalls in einem organischen Lösungsmittel höher ist als in Wasser. In realen Systemen liegt Metall in Form verschiedener Verbindungen vor. Es ist zu berücksichtigen, dass bei der Extraktion Formen entstehen können, die in der ursprünglichen Lösung nicht vorhanden waren. Daher muss zunächst festgestellt werden, in welcher Form das Metall gewonnen wird und wie löslich es ist. Die Löslichkeit einer Verbindung hängt von vielen Faktoren ab: der Art der Substanz, der Temperatur und dem Druck. Typischerweise lösen sich chemisch ähnliche Stoffe besser ineinander als in Stoffen unterschiedlicher Struktur. Gleichzeitig sollte Ähnlichkeit nicht zu eng verstanden werden, da oft das Vorhandensein von Gruppen mit gleichem oder ähnlichem Verhalten in Molekülen ausreicht. Lösungsmittelmoleküle gehen mit gelösten Molekülen energetische Wechselwirkungen ein, vor allem elektrostatischer Art, da die Moleküle der meisten Lösungsmittel über elektrische Dipolmomente verfügen.

Eine der Bedingungen für die Extraktion ist die Ladungsneutralisierung. Geladene Verbindungen können nicht in ein organisches Lösungsmittel gelangen. Die in der Lösung vorhandenen Metallionen müssen mit einem geeigneten Ion der entgegengesetzten Ladung in einen ungeladenen Komplex oder in ein ionisches Assoziat umgewandelt werden. Bei der Extraktion ionischer Assoziate spielt die Größe der Ionenladung eine wesentliche Rolle. Dabei werden einfach geladene Ionen am besten in die organische Phase extrahiert, während doppelt und insbesondere dreifach geladene Ionen schlechter extrahiert werden. Darüber hinaus muss die extrahierte Verbindung hydrophob sein und darf keine hydrophilen Gruppen wie Hydroxyl- oder Carboxylgruppen enthalten.

Extraktion als chemische Reaktion (Grundgesetze und quantitative Eigenschaften).

Grundlegende quantitative Eigenschaften von Prozessen Extraktion

Die Extraktion als Trennmethode wird seit langem in der analytischen Chemie und chemischen Technologie eingesetzt; die theoretischen Grundlagen dieser Methode blieben lange Zeit unerforscht. Insbesondere die wichtigsten quantitativen Merkmale von Extraktionsprozessen blieben lange Zeit unerforscht, was ein deutliches Hindernis für die flächendeckende Einführung der Extraktion in die Praxis darstellte. Um die Menge eines Stoffes zu berechnen, die mit organischen Lösungsmitteln extrahiert wird, ist es notwendig, die Konstante und den Verteilungskoeffizienten, den Extraktionsgrad usw. zu kennen.

M. Berthelot und J. Jungfleisch waren die ersten Forscher, die 1872 anhand experimenteller Daten zeigten, dass das Verhältnis der Gleichgewichtskonzentrationen einer Substanz, die zwischen zwei flüssigen Phasen verteilt ist, konstant ist. Dieser Zusammenhang wurde thermodynamisch von W. Nernst abgeleitet, der 1891 das Verteilungsgesetz formulierte.

Nach dem Verteilungsgesetz verteilt sich ein in zwei nicht oder nur begrenzt mischbaren Flüssigkeiten gelöster Stoff in einem konstanten Verhältnis zwischen ihnen. Dieses Verhältnis hängt für ideale Systeme nur von der Temperatur und der Art des Stoffes ab und ist nicht von der Konzentration abhängig. Das Verteilungsgesetz gilt nur, wenn der verteilte Stoff in beiden Phasen in gleicher Form vorliegt.

Konstante Verteilung Substanzen. Eine konstante Größe, die eine Beziehung ausdrückt Konzentrationen verteilt Substanzen, befindet sich in beiden Phasen (nach dem Einsetzen von Gleichgewicht) in der gleichen Form heißt Konstante Verteilungen:

P 0 = [A] 0 / [A] B (1)

wo R o - Konstante Verteilung: [A] o -Konzentration Substanzen in der organischen Phase Lösungsmittel, Mol/l; [A] B - Konzentration Substanzen in der wässrigen Phase, Mol/l.

Größe Konstanten Die Verteilung hängt von der Art der Verteilung ab Substanzen, Zusammensetzung und Eigenschaften des verwendeten Extraktionsmittels, Temperatur, bei dem es produziert wird Extraktion. Das Konstante hängt nicht vom Gleichgewicht ab Konzentrationen extrahierbar Substanzen und Volumina wässriger und nichtwässriger Phasen.

Verteilungskoeffizient. Beim Rechnen Konstanten Verteilung Substanzen Gemäß Formel (1) müssen Sie sicherstellen, dass die Verteilung erfolgt Substanz in beiden Phasen liegt es in der gleichen Form (im gleichen Molekülzustand) vor. Bei vielen Absaugsystemen ist die oben genannte Bedingung jedoch nicht erfüllt. In einer der flüssigen Phasen kann es vorkommen Dissoziation, Verband, Lösung, Hydrolyse verteilt Substanzen, Bildung von Komplexen usw. Für Extraktionsberechnungen Gleichgewichte In solchen Systemen wird die Existenzform nicht berücksichtigt Substanzen in jeder Phase und nur das Verhältnis der gesamten (analytischen) Konzentrationen verteilt Substanzen in beiden Phasen.

An Basis Bestimmung der Summe Konzentrationen kann nicht berechnet werden Konstante und der angegebene Verteilungskoeffizient Substanzen im angewandten System Lösungsmittel (Wasser- Bio Lösungsmittel). Der Verteilungskoeffizient ist das Verhältnis der gesamten Analyse Konzentrationen Substanzen in der organischen Phase Lösungsmittel zur totalen Analytik Konzentrationen Das Substanzen in der wässrigen Phase (ohne Rücksicht auf die Form, in der es vorliegt). Substanz in jeder Phase):

D = C 0 / C B (2)

wobei D der Verteilungskoeffizient ist; C ungefähr - total analytisch Konzentration Substanzen in der organischen Phase Lösungsmittel, Mol/l; C B – total analytisch Konzentration Substanzen in der wässrigen Phase, Mol/l.

Grad Extraktion. Grad Extraktion(Prozent Extraktion) ist das Verhältnis der extrahierten Menge Substanzen auf den gesamten (ursprünglichen) Betrag davon Substanzen im Wasser Lösung:

R = A 100 / N (3)

wobei R der Grad ist Extraktion Substanzen, %; Eine Menge Substanzen, das mit Bio extrahiert wurde Lösungsmittel; N - Gesamtmenge (Anfangsmenge). Substanzen im Wasser Lösung.

Klassifizierung von Extraktionsprozessen.

Absaugsysteme sind sehr vielfältig. Berücksichtigt wird die Klassifizierung extrahierbarer Verbindungen nach der Art der Verbindung, die in die organische Phase übergeht. Die Klassifizierung nach diesem Kriterium wurde von Zolotov Yu.A. vorgeschlagen:

Extraktion unpolarer und niedrigpolarer Stoffe,

Extraktion komplexer Metallsäuren,

Extraktion intrakomplexer Verbindungen (ICCs).

VKS entstehen bei der Wechselwirkung von Metallkatonen mit organischen Stoffen

Reagenzien, von denen eine der aktiven Gruppen ein Mobiltelefon enthalten muss

Wasserstoffatom wird während der Komplexbildung durch Metall ersetzt, zweitens

(dritte usw.) können auch sauer oder häufiger basisch sein.

Die Extraktion von VKS wird durch Faktoren und Parameter wie den Säuregehalt der wässrigen Phase, die Konzentration des Reagens, die Verteilungskonstanten und Dissoziationskonstanten des Reagens, die Stabilitätskonstanten und Verteilungskonstanten der komplexen, konkurrierenden Reaktionen in der wässrigen Phase beeinflusst Phase, das Vorhandensein von Elektrolytsalzen, Elementkonzentration, Temperatur und Lösungsmittel.

Eine zweckmäßige Klassifizierung berücksichtigt die Art der Verbindung, in der das extrahierte Element in die organische Phase übergeht. Darüber hinaus können alle Verbindungen in zwei große Kategorien unterteilt werden – nichtionisierte Verbindungen und ionische Assoziate. Diese Verbindungen unterscheiden sich nicht nur in ihrer chemischen Zusammensetzung, sondern auch im Mechanismus ihrer Bildung und ihres Übergangs in die Schicht aus organischem Verdünnungsmittel. Einige von ihnen liegen bereits vor oder werden überwiegend in wässriger Lösung gebildet, daher werden üblicherweise reine Verdünnungsmittel verwendet, um sie zu extrahieren. Andere wiederum entstehen während des Extraktionsprozesses selbst durch die Wechselwirkung des in der organischen Phase befindlichen Reagens mit in der wässrigen Lösung enthaltenen Metallkationen.

Die betrachtete Klassifizierung von Extraktionsprodukten ermöglicht es uns, bestimmte Gruppen von Extraktionsmitteln und Lösungsmitteln zu identifizieren, die sich in der elektronischen Struktur und der Art der elektronischen Wechselwirkung in Extraktionssystemen ähneln. Nach dieser Klassifizierung lassen sich Extraktionsmittel in drei Gruppen einteilen:

1. Kohlenwasserstoffe: gesättigte aliphatische (Hexan, Oktan), ungesättigte aliphatische (Penten, Hexen), aromatische (Benzol, Toluol).

2. Verbindungen, deren Moleküle eine funktionelle Atomgruppe enthalten: Alkohole, Ether, Ester, Ketone, Nitroverbindungen, Halogenderivate von Kohlenwasserstoffen (Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff, Chlorbenzol), schwefelhaltige Verbindungen (Schwefelkohlenstoff, Thiophen).

3. Verbindungen, die mehr als eine funktionelle Atomgruppe enthalten: Diethyldithiocarbamate, 8-Hydroxychinolin usw.

Möglichkeiten der praktischen Nutzung der Extraktion.

Die Trennung von Elementgemischen erfolgt überwiegend mit selektiven Extraktionsmitteln. Beispielsweise ist es nicht schwierig, Quecksilber und Wismut in Form von Dithizonaten von Zirkonium und Aluminium abzutrennen, da weder Zirkonium noch Aluminium überhaupt mit Dithizon reagieren. Ein typischerer Fall ist, dass die gemeinsam genutzten Elemente grundsätzlich alle extrahiert werden, jedoch nicht gleichermaßen. In diesem Fall wird eine andere Trenntechnik verwendet, die auf unterschiedlichen Konzentrationsbedingungen basiert: pH-Wert, Konzentrationen der Systemkomponenten, einschließlich des Extraktionsmittels. Die Trennung wird auch durch Änderung des Oxidationszustands der Elemente erreicht. Beispielsweise wird bei der Trennung von Gallium und Eisen mit Aminen der Effekt dadurch erreicht, dass Eisen in einen nicht extrahierbaren zweiwertigen Zustand reduziert wird. Gallium geht dann in die organische Phase über. Um die Trennung während der Extraktion zu verbessern, werden Maskierungsmittel in die wässrige Phase eingebracht.

Die Extraktion wird häufig in den Bereichen Chemie, Ölraffination, Lebensmittel, Metallurgie, Pharmazie und anderen industriellen Bereichen sowie in der analytischen Chemie und chemischen Synthese eingesetzt.

Abschluss.

Die Anwendungen der Extraktion nehmen rasant zu. Derzeit können wir analytische Chemie, Radiochemie, Nukleartechnik, Technologie der Nichteisen- und seltenen Metalle nennen. Darüber hinaus ist die große Bedeutung der Extraktion für präparative und analytische Zwecke in der wissenschaftlichen Forschung zu beachten, beispielsweise bei der Untersuchung komplexer Entstehungsprozesse und des Zustands von Stoffen in Lösungen. Die Entwicklung von Extraktionsmethoden ist so weit fortgeschritten, dass es nun möglich ist, jedes Element zu extrahieren oder jedes Elementpaar zu trennen, indem man bestimmte Extraktionssysteme verwendet oder geeignete Extraktionsbedingungen wählt. Um die Extraktionsfähigkeit verschiedener Verbindungen vorherzusagen, werden die Errungenschaften der Thermodynamik, der Koordinationschemie, der Lösungstheorie und der organischen Chemie genutzt. Daher trägt die Untersuchung von Extraktionssystemen zur Entwicklung der Chemie im Allgemeinen bei.

Literatur

Zolotov Yu.A. Extraktion in der anorganischen Analyse. M.: Verlag der Moskauer Staatlichen Universität, 1988. 82 S.

Zolotov Yu.A. Extraktion intrakomplexer Verbindungen. M.: Nauka, 1968. 313 S.

www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/790.html

Aufgabe

Schreiben Sie die Gleichungen für den anodischen und kathodischen Prozess sowie die Gesamtgleichungen für die Elektrolyse von Natriumchloridlösung und -schmelze. Welche Stoffe entstehen, wenn der Prozess unter Rühren durchgeführt wird? Schreiben Sie die Reaktionsgleichung und stellen Sie eine Elektron-Ionen-Bilanz auf. Wie lange dauert eine Elektrolyse mit einem Strom von 2000 A, um 5 kg Natrium zu gewinnen, der Stromwirkungsgrad beträgt 87 %? Wie viele Liter Chlor werden freigesetzt? Berechnen Sie den isotonischen Koeffizienten einer 15 %igen Natriumchloridlösung, wenn sie bei -10,4 °C gefriert, und ihren Dissoziationsgrad.

K(-): Na + +е=Na 0 - Oxidationsmittel

A(+): 2Cl - – 2е= Cl 2 - Reduktionsmittel

2Na + + 2Cl - = 2Na + Cl 2

K(-): 2H 2 O +2е= H 2 +2 OH - - Oxidationsmittel

A(+): 2Cl - - 2е = Cl 2 - Reduktionsmittel

2H 2 O + 2NaCl = H 2 + Cl 2 + 2NaOH

Unter Rühren: Cl 2 + 2NaOH = NaClO + NaCl + H 2 O

Der Extraktionsprozess kann fast immer als normale, wenn auch zweiphasige chemische Reaktion beschrieben werden. Extraktionsreaktionen sind fast immer reversibel, sodass das Massenwirkungsgesetz auf Extraktionsprozesse angewendet werden kann. Es wird möglich, von der Gleichgewichtskonstante der Extraktionsreaktion zu sprechen, die in diesem Fall als Extraktionskonstante bezeichnet wird. Der Extraktionsprozess dissoziierbarer Stoffe lässt sich wie folgt darstellen:

Die Indizes bezeichnen die organische (o) und wässrige (a) Phase. Das organische Reagenz (HA) ist in einem organischen Lösungsmittel löslich. Die Konzedieser Reaktion (Extraktionskonstante – Kex)

Der Ausdruck für die Extraktionskonstante kann nur geschrieben werden, wenn die Zusammensetzung der extrahierten Verbindung der ursprünglichen Komponenten bekannt ist. Neben dem Massenwirkungsgesetz gilt für Extraktionssysteme das Verteilungsgesetz, wonach bei konstanter Temperatur und konstantem Druck das Verhältnis der Gleichgewichtskonzentrationen eines Stoffes in zwei nicht mischbaren Phasen unabhängig von der Gesamtkonzentration ein konstanter Wert ist des Stoffes. Diese Größe wird Verteilungskonstante genannt:

wobei [A]о und [A]в die Gleichgewichtskonzentrationen der Substanz in der organischen und wässrigen Phase sind. Allerdings liegt der extrahierbare Stoff meist in unterschiedlichen Formen vor. Verbindungen können an verschiedenen chemischen Umwandlungen teilnehmen: Komplexierung, Hydrolyse, Polymerisation, Dissoziation usw. Dabei ist das Verhältnis der Gesamtkonzentrationen des Stoffes in der organischen und wässrigen Phase nicht konstant. Für jede einzelne Form eines Stoffes muss das Verteilungsgesetz erfüllt sein, also [A]o / [A]b = . Daraus folgt, dass quantitative Merkmale benötigt werden, die im direkten Experiment gemessen werden können. Dabei handelt es sich in erster Linie um den Verteilungskoeffizienten D, der das Verhältnis der Gesamtkonzentration eines Stoffes in der organischen Phase zu seiner Gesamtkonzentration im Wasser angibt:

Der Wert von D kann durch Bestimmung einer geeigneten Konzentrationsmethode berechnet werden. Bei der Gewinnung von Metallen werden hierfür die Methoden der Atomemissions- und Atomabsorptionsspektrometrie, der Voltammetrie, der Spektrophotometrie sowie die Methode der radioaktiven Indikatoren eingesetzt. Im Gegensatz zur Verteilungskonstante wird beim Verteilungskoeffizienten keine Konstanz und Gleichheit der Existenzformen des Stoffes in allgemeinen Phasen und kein Gleichgewicht des Systems gefordert.

Der Verteilungskoeffizient kann auch wie folgt geschrieben werden

Der Verteilungskoeffizient beschreibt die Extraktionsfähigkeit eines Stoffes, bestimmt jedoch nicht die tatsächliche Vollständigkeit der Extraktion, die vom Verhältnis der Volumina der organischen und wässrigen Phase abhängt. Bei gleichem Verteilungskoeffizienten gilt: Je vollständiger die Substanz extrahiert wird, desto größer ist das Volumen der organischen Phase (bei konstantem wässrigen Volumen). Der Anteil der extrahierten Substanz wird durch den Extraktionsgrad ausgedrückt:

wobei R der Grad der Extraktion einer Substanz aus der wässrigen Phase in die organische Phase ist; Cw und Co – die Stoffmenge in der organischen und wässrigen Phase. Die Wiederherstellungsrate wird am häufigsten als Prozentsatz ausgedrückt.

wobei Vo und Vв die Volumina der organischen und wässrigen Phasen sind. Bei Gleichheit der Phasenvolumina (Vо = Vв) erhalten wir

Für eine gute Trennung reicht es nicht aus, dass der Trennkoeffizient hoch ist. Es ist auch notwendig, dass das Produkt ihrer Verteilungskonstanten nahe bei Eins liegt. In der Praxis wird auch der Konzentrationsfaktor (S AB) verwendet:

Zu den wichtigen Faktoren, die die Extraktion beeinflussen, gehört die Phasenkontaktzeit. Die praktische Bedeutung des Themas hängt vor allem damit zusammen, dass in vielen Extraktionssystemen das Gleichgewicht nicht sofort erreicht wird. Die Extraktionsrate hängt von der Geschwindigkeit der im System ablaufenden chemischen Reaktionen ab, insbesondere von der Geschwindigkeit des Stoffübergangs der Substanz zwischen den beiden Phasen. In diesem Fall ist es zur Beschleunigung der Extraktion notwendig, verschiedene Faktoren zu nutzen. Wenn der Stoffübergang am langsamsten ist, sollte die Phasenmischungsgeschwindigkeit erhöht werden. Die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen kann beeinflusst werden, indem die Konzentrationen interagierender Komponenten erhöht und störende Reaktionen wie Hydrolyse und Polymerisation unterdrückt werden.

Daher ist es in der Praxis bei der Entwicklung von Extraktionsmethoden notwendig, die Reaktionsgeschwindigkeit zu untersuchen. Dazu müssen Sie die Zeit bis zum Erreichen des Gleichgewichts einstellen. Dies erfolgt üblicherweise anhand kinetischer Kurven, beispielsweise der Abhängigkeit des Verteilungskoeffizienten vom Zeitpunkt des Phasenkontakts (Abb. 1). Die Untersuchung der Abhängigkeit des Extraktionsgrads von der Zeit des Phasenkontakts liefert möglicherweise keine korrekten Informationen über die Gleichgewichtseinstellung, wenn die Verteilungskoeffizienten ausreichend hoch sind, wie aus Abb. 2. Obwohl die Verteilungskoeffizienten weiter ansteigen, d. h. kein Gleichgewicht vorliegt, beträgt die Wiederherstellungsrate 100 % und das System scheint sich im Gleichgewicht zu befinden.

Reis. 1.

Reis. 2.

Eine der interessanten Fragen in der Extraktionstheorie ist die Frage, wo die extrahierte Verbindung entsteht – in der wässrigen Phase, in der organischen Phase oder an ihrer Grenzfläche. Dies kann in verschiedenen Systemen unterschiedlich sein, aber die Untersuchung der Extraktionsrate, beispielsweise mit verschiedenen Lösungsmitteln, ermöglicht es uns, dieses Problem zu lösen.

Eine der Lösungen könnte darin bestehen, die Kinetik der Extraktion intrakomplexer Verbindungen mit verschiedenen Lösungsmitteln zu untersuchen. Lösungsmittel müssen so ausgewählt werden, dass die Verteilungskonstanten des Reagenzes () in ihnen unterschiedlich sind. Die Extraktionsbedingungen müssen so sein, dass die Geschwindigkeit der chemischen Wechselwirkung kinetisch bestimmend ist. In diesem Fall müssen der pH-Wert und die Konzentration des Reagenzes gleich sein. Wenn die Verbindung in der wässrigen Phase gebildet wird, ist die Extraktionsrate umso höher, je höher die Gleichgewichtskonzentration des organischen Reagens in der wässrigen Phase ist. Je niedriger, desto höher die Konzentration. Mit anderen Worten: Je weniger löslich das Extraktionsmittel in einem organischen Lösungsmittel ist, desto höher ist die Extraktionsrate. Wenn die Verbindung an der Grenze gebildet wird, ist die Extraktionsrate umso höher, je besser das Reagens im organischen Lösungsmittel löslich ist. Die Bildung einer Verbindung in der organischen Phase ist kaum möglich, da das extrahierte Element dazu auf andere Weise in das organische Lösungsmittel gelangen muss.

Der Artikel bietet eine vergleichende Beschreibung der Extraktionseigenschaften einiger polarer organischer Lösungsmittel (Ethylenglykol, DMF, DMSO, Acetonitril) und ionischer Flüssigkeiten (N-Methylbutylimidazoliumacetat und N-Butylpyridiniumtetrafluorborat). Die Einleitung skizziert die Vorteile ionischer Flüssigkeiten als Lösungsmittel – praktisch null Dampfdruck und extrem geringe Löslichkeit in aliphatischen Kohlenwasserstoffen. Und da die meisten ionischen Flüssigkeiten ein organisches Kation enthalten, das elektronenspendende Partikel koordinieren kann, können sie als Extraktionsmittel für polare und elektronenspendende organische Substanzen verwendet werden. In dieser Arbeit wurde eine mehrkomponentige Standardlösung von PAKs untersucht. Sie wurden durch HPLC getrennt. Der Wert der Verteilungskonstante der Stoffe P wurde nach folgender Formel berechnet

wobei und die Peakfläche im Chromatogramm der Gleichgewichts-Oktanlösung und im Anfangschromatogramm ist;

und - Volumina polarer und oktaner Phasen.

Es wurde festgestellt, dass die Verteilungskonstante mit zunehmender Anzahl aromatischer Ringe abnimmt.

Trotz aller Vorteile ist es irrational, ionische Flüssigkeiten zur Extraktion von PAKs zu verwenden, da diese in ihren Eigenschaften DMF und DMSO unterlegen sind. DMF und DMSO werden häufig bei der Extraktion verwendet. Sie verfügen über elektronenarme Zentren in ihren Molekülen, was zur effektiven Solvatation von PAH-Molekülen beiträgt. Infolgedessen kommt es zur p-Komplexierung und Solvatation von Kernprotonen. Aufgrund dieser Eigenschaft werden DMF und DMSO zur Reinigung verschiedener Extrakte verwendet.

Die Trennleistung wird auch durch die Zugabe von Salzen beeinflusst. Die Arbeit untersucht die Gewinnung aromatischer Kohlenwasserstoffe. Um die Extrahierbarkeit von PAKs bei 293 K zu untersuchen, wurden Extraktionssysteme wie n-Heptan – eine Lösung von N,N“-Butylmethylimidazoliumchlorid in Methylalkohol mit organischen Salzkonzentrationen von 1, 2, 3, 4, 5 mol/l untersucht . Mit zunehmender Konzentration von N,N-Chlorid „-Butylmethylimidazolium“ nimmt die Struktur der polaren Phase zu (die Zunahme der Methylengruppe nimmt um etwa 0,1 Einheiten zu). PAKs verhielten sich wie folgt. Mit zunehmender Salzkonzentration sinken die Verteilungskonstanten aromatischer Kohlenwasserstoffe deutlich. In diesem Fall fallen die Verteilungskonstanten mehrringiger Arene am stärksten ab, und die Reihe der Extrahierbarkeit von Kohlenwasserstoffen mit zunehmender Anzahl aromatischer Ringe (je mehr Ringe, desto kleiner die Verteilungskonstanten) entspricht der Reihe für die aktivsten und selektivsten Lösungsmittel aromatischer Kohlenwasserstoffe – DMF und DMSO.

Die beobachteten Effekte sind zum einen auf spezifische Solvatisierungseffekte zwischen dem Salz und den Arenen zurückzuführen, die durch p-Komplexierung, Wasserstoffbrückenbindungen usw. verursacht werden können. und andererseits die Wirkung, hydrophobe Kohlenwasserstoffe durch die polare Phase herauszudrängen. Das Vorhandensein zweier gegensätzlicher Effekte erklärt das Vorhandensein schwach ausgeprägter Minima in der Abhängigkeit der Verteilungskonstanten von PAKs von der Konzentration von N,N"-Butylmethylimidazoliumchlorid in Methylalkohol.

Basierend auf den Ergebnissen dieser Arbeit können wir schließen, dass mit einer Erhöhung der Konzentration von N,N"-Butylmethylimidazoliumchlorid in Methylalkohol das Verhältnis der Verteilungskonstanten von n-Heptan zu den Verteilungskonstanten deutlich zunimmt von PAKs, was zu einer Erhöhung der Abscheideleistung dieser Extraktionsanlage führt.

1. Nernsts Verteilungsgesetz

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2. Extraktion

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2. Extraktion

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Studierende im dritten Jahr der Fakultät für Technologie

Zur Durchführung von Laborarbeiten

In der physikalischen Chemie zum Thema:

„Das Gesetz der Verteilung. Flüssigextraktion"

ZIEL DER ARBEIT: Untersuchung des Flüssigkeitsextraktionsprozesses eines der Hauptprozesse der Lebensmitteltechnologie.

ZIEL DER ARBEIT: Erwerb praktischer Fähigkeiten in der Durchführung von Laborforschungen, der Verarbeitung experimenteller Daten mit analytischen und grafischen Methoden.

EINFÜHRUNG

Einer der Sonderfälle von Dreikomponentensystemen ist folgender: Zwei Flüssigkeiten sind gegenseitig unlöslich und die dritte Komponente kann sich in beiden lösen. Wenn im System ein Gleichgewicht erreicht ist, verteilt sich die dritte Komponente in einem bestimmten Verhältnis, qualitativ charakterisiert durch eine Verteilungskonstante, auf zwei nicht mischbare flüssige Phasen.

Das bekannteste Beispiel für die Anwendung des Verteilungsgesetzes ist die Extraktion, also die Extraktion eines Stoffes aus einer Lösung mit einem geeigneten Lösungsmittel, das sich mit dem ersten nicht vermischt und gleichzeitig den extrahierten Stoff in einer größeren Menge löst als das Erste. Für viele organische Stoffe ist ein solches Lösungsmittel Ether, für anorganische Stoffe Wasser. Um die Extraktion abzuschließen, wird die extrahierte Substanz in den molekularen Zustand überführt, in dem sie sich in beiden Phasen befindet. Beispielsweise ist es bei der Extraktion einer schwachen organischen Säure vorteilhaft, den Dissoziationsgrad durch Zugabe einer Mineralsäure zu verringern. In diesem Fall werden undissoziierte organische Säuremoleküle vollständiger extrahiert. Die Löslichkeit organischer Stoffe im Wasser wird durch die Anwesenheit von Salzen deutlich verringert – der Effekt des Aussalzens.

Die Extraktion ist einer der häufigsten Prozesse in der Chemie-, Pharma-, Lebensmittel- und anderen Industrie. Die Extraktion wird häufig verwendet, um ätherische Öle aus Pflanzenmaterialien zu extrahieren und zu reinigen. Bei der Weinbereitung dient das Extraktionsverfahren der Gewinnung von Rohstoffen für die Herstellung von Wermut und die Verarbeitung von Traubentrester.

ICH.THEORETISCHER TEIL

1.1. Verteilungsgesetz.

Wenn ein Stoff in zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten löslich ist, wird er beim Auflösen in einer Mischung aus zwei solchen Flüssigkeiten in dem durch das Nernst-Shilov-Gesetz bestimmten Verhältnis zwischen ihnen verteilt:

Der gelöste Stoff wird in einem konstanten Konzentrationsverhältnis zwischen zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten verteilt, unabhängig von der Menge des hinzugefügten gelösten Stoffes.

K=C1/C2(1), wobei C1 und C2 die Konzentrationen des Stoffes im 1. und 2. Lösungsmittel sind.

Das Gesetz ist bei konstanter Temperatur, ausreichender Verdünnung der Lösungen und ohne Wechselwirkung des gelösten Stoffes mit dem Lösungsmittel erfüllt.

Unter realen Bedingungen kommt es beim Auflösen von Stoffen zu Prozessen der Assoziation und Dissoziation von Molekülen des gelösten Stoffes.

Fall 1. Der Stoff bindet in einem der Lösungsmittel durch die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen unter Bildung von Dimeren:

Oder Polymere

Das Verteilungsgesetz sieht in diesem Fall wie folgt aus:

K=C1N/C2 oder 2)

Hier N=M1/M2– das Verhältnis der durchschnittlichen Molekulargewichte einer Substanz in einem und einem anderen Lösungsmittel.

Wenn wir Gleichung (2) transformieren und logarithmieren, erhalten wir

Lg K = n lg C1 – lg C2 oder

Lg C2 = n lg C1 – lg K (3)

- Dies ist eine direkte Beziehung LGC2 =F(LGC1)

Mit der Gleichung können Sie grafisch ermitteln N Und ZU aus experimentellen Daten.

Fall 2. In einem der Lösungsmittel (meistens Wasser) ist die Substanz dissoziiert und im anderen (organischen) assoziiert.

Das Verteilungsgesetz hat die Form:

A-Grad der Dissoziation.

Beispiel 1. Bei der Verteilung von Phenol zwischen Wasser und Benzol wurden folgende Daten erhalten:

C1(H2O), kmol/dm3 0,0316 0,123 0,327 0,750

C2(C6H6), kmol/dm3 0,0077 0,159 0,253 0,390

Wert berechnen ZU Und N grafisch.