Νόμος κατανομής στη μέθοδο εξαγωγής. Βασικοί νόμοι και ποσοτικά χαρακτηριστικά εξαγωγής

Αν πάρουμε δύο μη αναμίξιμα υγρά και προσθέσουμε ένα τρίτο συστατικό, τότε θα διαλυθεί σε διάφορους βαθμούς και στους δύο διαλύτες. Όταν επιτευχθεί ισορροπία, η αναλογία συγκέντρωσης των διαλυμάτων που προκύπτουν θα είναι σταθερή σε μια δεδομένη θερμοκρασία

= K, αυτή είναι μια έκφραση του νόμου κατανομής Nernst, όπου

Συγκεντρώσεις του τρίτου συστατικού στις φάσεις I και II.

K - συντελεστής κατανομής.

Εάν η διαλυμένη ουσία διαχωρίζεται ή συνδέεται σε έναν από τους διαλύτες, τότε η εξίσωση Nernst είναι:

Για εύρεση Δέρμα μόσχου ακατέργαστουπάρτε τον λογάριθμο της εξίσωσης και λάβετε την εξίσωση μιας ευθείας γραμμής

Κατασκευή γραμμής σε συντεταγμένες , εύρημα " Π» ως η εφαπτομένη της κλίσης μιας ευθείας γραμμής (για οποιαδήποτε δύο σημεία βρίσκονται σε μια ευθεία) tga =

Το InK μπορεί να βρεθεί από την εξίσωση αντικαθιστώντας σε αυτήν τις τιμές οποιουδήποτε σημείου στη γραμμή.

Αυτός ο νόμος αποτελεί τη βάση της διαδικασίας εξόρυξης. Η εκχύλιση είναι η εξαγωγή ενός συστατικού από τη μια φάση στην άλλη. Η εξαγωγή γίνεται στερεά φάση- εξαγωγή ουσιών από τη στερεά φάση στην υγρή φάση (για παράδειγμα, παρασκευή τσαγιού, καφέ, παρασκευή βαμμάτων, εκχυλίσματα βοτάνων κ.λπ.) και υγρής φάσης- εκχύλιση μιας διαλυμένης ουσίας από ένα υγρό διάλυμα εκχυλιστικό. Το διάλυμα της εκχυλιζόμενης ουσίας στο εκχυλιστικό λέγεται εκχύλισμα, και το αρχικό διάλυμα μετά την εξαγωγή της ουσίας από αυτό ονομάζεται ραφινάρω.

Για να υπολογίσετε την απόδοση της εκχύλισης σε υγρή φάση, χρησιμοποιήστε την εξίσωση

(3.31)

Οπου Χ- το ποσοστό της μη ανακτηθείσας ουσίας στο εξευγενισμένο προϊόν.

V- τον όγκο του αρχικού διαλύματος.

Όγκος εκχυλίσματος;

ΠΡΟΣ ΤΗΝ- συντελεστής κατανομής

Π- αριθμός εξαγωγών.

Όπως φαίνεται από την εξίσωση, όσο περισσότερες εκχυλίσεις, τόσο λιγότερη ουσία παραμένει στο εξευγενισμένο προϊόν, δηλαδή δεν εκχυλίζεται, τόσο περισσότερη ουσία εκχυλίζεται από τον εκχυλιστή. Η απόδοση της εκχύλισης καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από την τιμή του συντελεστή κατανομής: όσο μεγαλύτερος είναι ο συντελεστής υπέρ του εκχυλιστή, τόσο πιο αποτελεσματική είναι η εξαγωγή.

Η εκχύλιση ενός μετάλλου στην οργανική φάση είναι δυνατή μόνο εάν η διαλυτότητα των ενώσεων αυτού του μετάλλου σε έναν οργανικό διαλύτη είναι μεγαλύτερη από ότι στο νερό. Στα πραγματικά συστήματα, το μέταλλο υπάρχει με τη μορφή διαφόρων ενώσεων. Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι κατά την εκχύλιση μπορεί να σχηματιστούν μορφές που δεν υπήρχαν στο αρχικό διάλυμα. Επομένως, πρώτα απ 'όλα, είναι απαραίτητο να καθοριστεί με τη μορφή ποιας ένωσης εκχυλίζεται το μέταλλο και ποια είναι η διαλυτότητά του. Η διαλυτότητα οποιασδήποτε ένωσης εξαρτάται από πολλούς παράγοντες: τη φύση της ουσίας, τη θερμοκρασία και την πίεση. Συνήθως, χημικά παρόμοιες ουσίες είναι πιο διαλυτές μεταξύ τους παρά σε ουσίες διαφορετικής δομής. Ταυτόχρονα, η ομοιότητα δεν πρέπει να γίνεται πολύ στενά κατανοητή, καθώς συχνά αρκεί η παρουσία ομάδων σε μόρια που είναι πανομοιότυπα ή παρόμοια στη συμπεριφορά. Τα μόρια του διαλύτη εισέρχονται σε ενεργειακή αλληλεπίδραση με διαλυμένα μόρια, κυρίως ηλεκτροστατικού τύπου, αφού τα μόρια των περισσότερων διαλυτών έχουν ηλεκτρικές διπολικές ροπές.

Μία από τις προϋποθέσεις για την εξαγωγή είναι η εξουδετέρωση φορτίου. Οι φορτισμένες ενώσεις δεν μπορούν να περάσουν σε έναν οργανικό διαλύτη. Τα μεταλλικά ιόντα που υπάρχουν στο διάλυμα πρέπει να μετατραπούν σε ένα αφόρτιστο σύμπλοκο ή σε ένα συσχετιζόμενο ιόν με ένα κατάλληλο ιόν αντίθετου φορτίου. Η τιμή του φορτίου ιόντων παίζει σημαντικό ρόλο στην εκχύλιση των συσχετιζόμενων ιόντων. Σε αυτή την περίπτωση, τα μεμονωμένα φορτισμένα ιόντα εξάγονται καλύτερα στην οργανική φάση, χειρότερα - διπλά και ιδιαίτερα τριπλά φορτισμένα. Επιπλέον, η εκχυλίσσιμη ένωση πρέπει να είναι υδρόφοβη και απαλλαγμένη από υδρόφιλες ομάδες, όπως ομάδες υδροξυλίου ή καρβοξυλίου.

Η εκχύλιση ως χημική αντίδραση (βασικοί νόμοι και ποσοτικά χαρακτηριστικά).

Κύρια ποσοτικά χαρακτηριστικά διεργασιών εξαγωγή

Η εκχύλιση ως μέθοδος διαχωρισμού έχει χρησιμοποιηθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα στην αναλυτική χημεία και τη χημική τεχνολογία, τα θεωρητικά θεμέλια αυτής της μεθόδου παρέμειναν ανεξερεύνητα για μεγάλο χρονικό διάστημα. Ειδικότερα, τα κύρια ποσοτικά χαρακτηριστικά των διεργασιών εκχύλισης παρέμειναν ανεξερεύνητα για μεγάλο χρονικό διάστημα, γεγονός που ήταν ένα ορισμένο εμπόδιο για την ευρεία εισαγωγή της εξόρυξης στην πράξη. Για τον υπολογισμό της ποσότητας μιας ουσίας που εκχυλίζεται με οργανικούς διαλύτες, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τη σταθερά και τον συντελεστή κατανομής, τον βαθμό εκχύλισης κ.λπ.

Οι M. Berthelot και J. Jungfleisch ήταν οι πρώτοι ερευνητές που το 1872, με βάση πειραματικά δεδομένα, έδειξαν ότι η αναλογία των συγκεντρώσεων ισορροπίας μιας ουσίας που κατανέμεται μεταξύ δύο υγρών φάσεων είναι σταθερή. Αυτή η αναλογία προήλθε θερμοδυναμικά από τον W. Nernst, ο οποίος το 1891 διατύπωσε τον νόμο κατανομής.

Σύμφωνα με το νόμο της κατανομής, μια ουσία διαλυμένη σε δύο μη αναμίξιμα ή περιορισμένα αναμίξιμα υγρά κατανέμεται μεταξύ τους σε σταθερή αναλογία. Αυτή η αναλογία για ιδανικά συστήματα εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία, τη φύση της ουσίας και δεν εξαρτάται από τη συγκέντρωση. Ο νόμος διανομής ισχύει μόνο εάν η κατανεμημένη ουσία και στις δύο φάσεις είναι στην ίδια μορφή.

Συνεχήςδιανομή ουσίες. Μια σταθερά που εκφράζει την αναλογία συγκεντρώσειςδιανέμονται ουσίες, που είναι και στις δύο φάσεις (μετά την έναρξη ισορροπία) στην ίδια μορφή λέγεται συνεχήςδιανομές:

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

όπου R o - συνεχήςκατανομή: [A]o-συγκέντρωση ουσίεςστην οργανική φάση διαλυτικό μέσο, ΕΛΙΑ δερματος/μεγάλο; [A] B - συγκέντρωση ουσίεςστην υδατική φάση ΕΛΙΑ δερματος/ l.

αξία σταθερέςΗ κατανομή εξαρτάται από τη φύση του κατανεμημένου ουσίες, σύνθεση και ιδιότητες του χρησιμοποιούμενου εκχυλιστικού, θερμοκρασία, στο οποίο εξαγωγή. Αυτό συνεχήςδεν εξαρτάται από την ισορροπία συγκεντρώσειςεξαγώγιμο ουσίεςκαι όγκους υδατικών και μη υδατικών φάσεων.

Συντελεστής κατανομής. Κατά τον υπολογισμό σταθερέςδιανομή ουσίεςσύμφωνα με τον τύπο (1), είναι απαραίτητο να βεβαιωθείτε ότι η κατανεμημένη ουσίακαι στις δύο φάσεις είναι στην ίδια μορφή (στην ίδια μοριακή κατάσταση). Ωστόσο, σε πολλά συστήματα εξαγωγής δεν πληρούται η παραπάνω προϋπόθεση. Σε μια από τις υγρές φάσεις, διάσταση, σύλλογος, λύσεως, υδρόλυσηδιανέμονται ουσίες, σχηματισμός συμπλεγμάτων κλπ. Για υπολογισμούς εκχύλισης ισορροπίεςσε τέτοια συστήματα δεν λαμβάνουν υπόψη τη μορφή ύπαρξης ουσίεςσε κάθε φάση, αλλά μόνο η αναλογία του συνόλου (αναλυτική) συγκεντρώσειςδιανέμονται ουσίεςκαι στις δύο φάσεις.

Επί βάσηορισμοί του συνόλου συγκεντρώσειςδεν μπορεί να υπολογιστεί συνεχής, και ο συντελεστής κατανομής αυτού ουσίεςστο εφαρμοζόμενο σύστημα διαλύτες (νερό- βιολογικό διαλυτικό μέσο). Ο συντελεστής κατανομής είναι ο λόγος του συνόλου των αναλυτικών συγκέντρωση ουσίεςστην οργανική φάση διαλυτικό μέσοστο συνολικό αναλυτικό συγκέντρωσηΑυτό ουσίεςστην υδατική φάση (ανεξάρτητα από τη μορφή στην οποία βρίσκεται ουσίασε κάθε φάση):

D = C 0 / C B (2)

όπου D είναι ο συντελεστής κατανομής. C o - συνολική αναλυτική συγκέντρωση ουσίεςστην οργανική φάση διαλυτικό μέσο, ΕΛΙΑ δερματος/μεγάλο; Γ Β - ολική αναλυτική συγκέντρωση ουσίεςστην υδατική φάση ΕΛΙΑ δερματος/ l.

Βαθμός εξαγωγή. Βαθμός εξαγωγή(τοις εκατό εξαγωγή) είναι η αναλογία της ποσότητας του εξαγόμενου ουσίεςστο συνολικό (αρχικό) ποσό αυτού ουσίεςμεσα στο ΝΕΡΟ λύση:

R = A 100 / N (3)

όπου R είναι ο βαθμός εξαγωγή ουσίες, %; Α είναι η ποσότητα ουσίες, το οποίο εκχυλίστηκε με οργανικό διαλυτικό μέσο; N - συνολικός (αρχικός) αριθμός ουσίεςμεσα στο ΝΕΡΟ λύση.

Ταξινόμηση διεργασιών εκχύλισης.

Τα συστήματα εξαγωγής είναι πολύ διαφορετικά. Εξετάζεται η ταξινόμηση των εκχυλίσιμων ενώσεων ανάλογα με τον τύπο της ένωσης που περνά στην οργανική φάση. Ο Yu.A. Zolotov πρότεινε μια ταξινόμηση σύμφωνα με αυτό το κριτήριο:

Εκχύλιση μη πολικών και χαμηλής πολικής ουσίας,

Εκχύλιση σύνθετων μεταλλικών οξέων,

Εκχύλιση ενδοσύνθετων ενώσεων (VCS).

Τα UQL σχηματίζονται κατά την αλληλεπίδραση μεταλλικών κατονίων με οργανικά

αντιδραστήρια, μία από τις ενεργές ομάδες των οποίων πρέπει να περιέχει ένα κινητό

ένα άτομο υδρογόνου που αντικαθίσταται από ένα μέταλλο κατά το σχηματισμό συμπλόκου, το δεύτερο

(τρίτο κ.λπ.) μπορεί επίσης να είναι όξινο ή, συχνότερα, βασικό.

Η εκχύλιση του HQS επηρεάζεται από παράγοντες και παραμέτρους όπως η οξύτητα της υδατικής φάσης, η συγκέντρωση του αντιδραστηρίου, οι σταθερές κατανομής και οι σταθερές διάστασης του αντιδραστηρίου, οι σταθερές σταθερότητας και οι σταθερές κατανομής του συμπλόκου, οι ανταγωνιστικές αντιδράσεις στο υδατικό φάση, η παρουσία αλάτων ηλεκτρολυτών, η συγκέντρωση του στοιχείου, η θερμοκρασία, ο διαλύτης.

Μια βολική ταξινόμηση λαμβάνει υπόψη τον τύπο της ένωσης στην οποία το εκχυλιζόμενο στοιχείο περνά στην οργανική φάση. Σε αυτή την περίπτωση, όλες οι ενώσεις μπορούν να χωριστούν σε δύο μεγάλες κατηγορίες - μη ιονισμένες ενώσεις και ιοντικές ενώσεις. Αυτές οι ενώσεις διαφέρουν όχι μόνο στη χημική σύνθεση, αλλά και στον μηχανισμό σχηματισμού και μετάβασής τους στο στρώμα οργανικού αραιωτικού. Ορισμένα από αυτά προϋπάρχουν ή σχηματίζονται κυρίως σε υδατικό διάλυμα· επομένως, κατά κανόνα, χρησιμοποιούνται καθαρά αραιωτικά για την εκχύλισή τους. Άλλα, αντίθετα, σχηματίζονται κατά την ίδια την εκχύλιση λόγω της αλληλεπίδρασης του αντιδραστηρίου στην οργανική φάση με τα μεταλλικά κατιόντα που περιέχονται στο υδατικό διάλυμα.

Η εξεταζόμενη ταξινόμηση των προϊόντων εκχύλισης καθιστά δυνατό να ξεχωρίσουμε ορισμένες ομάδες εκχυλιστικών και διαλυτών που είναι παρόμοιες στην ηλεκτρονική δομή και τη φύση της ηλεκτρονικής αλληλεπίδρασης στα συστήματα εκχύλισης. Σύμφωνα με αυτή την ταξινόμηση, τα εκχυλιστικά μπορούν να χωριστούν σε τρεις ομάδες:

1. Υδρογονάνθρακες: αλειφατικοί κορεσμένοι (εξάνιο, οκτάνιο), αλειφατικοί ακόρεστοι (πεντένιο, εξένιο), αρωματικοί (βενζόλιο, τολουόλιο).

2. Ενώσεις των οποίων τα μόρια περιέχουν μία λειτουργική ομάδα ατόμων: αλκοόλες, αιθέρες, εστέρες, κετόνες, νιτροενώσεις, παράγωγα αλογόνου υδρογονανθράκων (χλωροφόρμιο, τετραχλωράνθρακας, χλωροβενζόλιο), ενώσεις που περιέχουν θείο (δισουλφίδιο του άνθρακα, θειοφαίνιο).

3. Ενώσεις που περιέχουν περισσότερες από μία λειτουργικές ομάδες ατόμων: διαιθυλοδιθειοκαρβαμιδικά, 8-υδροξυκινολίνη κ.λπ.

Δυνατότητες πρακτικής χρήσης εκχύλισης.

Ο διαχωρισμός των μιγμάτων στοιχείων πραγματοποιείται κυρίως με τη βοήθεια εκλεκτικών εκχυλιστικών. Για παράδειγμα, δεν είναι δύσκολο να διαχωριστεί ο υδράργυρος και το βισμούθιο με τη μορφή διθειζονικών από το ζιρκόνιο και το αλουμίνιο, αφού ούτε το ζιρκόνιο ούτε το αλουμίνιο αντιδρούν καθόλου με τη διθειζόνη. Μια πιο χαρακτηριστική περίπτωση είναι όταν τα διαχωρίσιμα στοιχεία εξάγονται, καταρχήν, όλα αλλά όχι με τον ίδιο τρόπο. Σε αυτή την περίπτωση, χρησιμοποιείται μια άλλη τεχνική διαχωρισμού, η οποία βασίζεται σε ποικίλες συνθήκες συγκέντρωσης: pH, συγκέντρωση συστατικών του συστήματος, συμπεριλαμβανομένου του εκχυλιστικού. Ο διαχωρισμός επιτυγχάνεται επίσης με την αλλαγή της κατάστασης οξείδωσης των στοιχείων. Για παράδειγμα, κατά τον διαχωρισμό του γαλλίου και του σιδήρου με αμίνες, το αποτέλεσμα επιτυγχάνεται με την αναγωγή του σιδήρου σε μια μη εκχυλίσσιμη δισθενή κατάσταση. Στη συνέχεια, το γάλλιο περνά στην οργανική φάση. Για να βελτιωθεί ο διαχωρισμός κατά την εκχύλιση, εισάγονται παράγοντες κάλυψης στην υδατική φάση.

Η εξόρυξη χρησιμοποιείται ευρέως στη χημική, τη διύλιση πετρελαίου, τα τρόφιμα, τη μεταλλουργία, τη φαρμακευτική και άλλους βιομηχανικούς τομείς, καθώς και στην αναλυτική χημεία και τη χημική σύνθεση.

Συμπέρασμα.

Οι εφαρμογές εξόρυξης επεκτείνονται ραγδαία. Επί του παρόντος, μπορεί κανείς να ονομάσει αναλυτική χημεία, ραδιοχημεία, πυρηνική τεχνολογία, τεχνολογία μη σιδηρούχων και σπάνιων μετάλλων. Επιπλέον, είναι απαραίτητο να σημειωθεί η μεγάλη σημασία της εκχύλισης για προπαρασκευαστικούς και αναλυτικούς σκοπούς στην επιστημονική έρευνα, για παράδειγμα, στη μελέτη των διαδικασιών σχηματισμού συμπλόκου και της κατάστασης των ουσιών στα διαλύματα. Η ανάπτυξη των μεθόδων εκχύλισης έχει φτάσει σε τέτοιο στάδιο που επί του παρόντος είναι δυνατή η εξαγωγή οποιουδήποτε στοιχείου ή ο διαχωρισμός οποιουδήποτε ζεύγους στοιχείων χρησιμοποιώντας διάφορα συστήματα εκχύλισης ή επιλέγοντας τις κατάλληλες συνθήκες εκχύλισης. Για την πρόβλεψη της ικανότητας εκχύλισης διαφόρων ενώσεων, χρησιμοποιούνται τα επιτεύγματα της θερμοδυναμικής, της χημείας συντονισμού, της θεωρίας των διαλυμάτων και της οργανικής χημείας. Επομένως, η μελέτη των συστημάτων εκχύλισης συμβάλλει στην ανάπτυξη της χημείας στο σύνολό της.

Βιβλιογραφία

Zolotov Yu.A. Εκχύλιση σε ανόργανη ανάλυση. Μ.: Εκδοτικός Οίκος του Κρατικού Πανεπιστημίου της Μόσχας, 1988. 82 σελ.

Zolotov Yu.A. Εκχύλιση ενδοσύνθετων ενώσεων. Μ.: Nauka, 1968. 313 p.

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

Εργο

Γράψτε τις εξισώσεις για τις διεργασίες ανόδου και καθόδου, καθώς και τις συνολικές εξισώσεις για την ηλεκτρόλυση ενός διαλύματος και ενός τήγματος χλωριούχου νατρίου. Ποιες ουσίες θα σχηματιστούν εάν η διαδικασία γίνει με ανάδευση; Γράψτε μια εξίσωση αντίδρασης, κάντε μια ισορροπία ηλεκτρονίων-ιόντων. Πόσος χρόνος χρειάζεται για να πραγματοποιηθεί ηλεκτρόλυση με ρεύμα 2000 A για να ληφθούν 5 kg νατρίου, η απόδοση ρεύματος είναι 87%; Πόσα λίτρα χλωρίου θα απελευθερωθούν σε αυτή την περίπτωση; Υπολογίστε τον ισοτονικό συντελεστή ενός διαλύματος χλωριούχου νατρίου 15% εάν παγώσει στους -10,4 o C και τον βαθμό διάστασής του.

K (-): Na + +ё \u003d Na 0 - οξειδωτικός παράγοντας

A (+): 2Cl - - 2ё \u003d Cl 2 - αναγωγικός παράγοντας

2Na + + 2Cl - \u003d 2Na + Cl 2

K (-): 2H 2 O + 2ё \u003d H 2 +2 OH - - οξειδωτικό μέσο

A (+): 2Cl - - 2e \u003d Cl 2 - αναγωγικός παράγοντας

2H 2 O + 2NaCl \u003d H 2 + Cl 2 + 2NaOH

Με ανάδευση: Cl 2 + 2NaOH = NaClO + NaCl + H 2 O

Η διαδικασία εκχύλισης μπορεί σχεδόν πάντα να περιγραφεί ως μια συμβατική, αν και δύο φάσεων, χημική αντίδραση. Οι αντιδράσεις εκχύλισης είναι σχεδόν πάντα αναστρέψιμες, επομένως ο νόμος της δράσης μάζας μπορεί να εφαρμοστεί στις διαδικασίες εξαγωγής. Γίνεται δυνατό να μιλήσουμε για τη σταθερά ισορροπίας της αντίδρασης εκχύλισης, η οποία σε αυτή την περίπτωση ονομάζεται σταθερά εκχύλισης. Η διαδικασία εκχύλισης ουσιών που μπορούν να διαχωριστούν μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής:

Οι δείκτες δηλώνουν οργανικές (ο) και υδατικές (γ) φάσεις. Το οργανικό αντιδραστήριο (ΗΑ) είναι διαλυτό σε οργανικό διαλύτη. Η σταθερά ισορροπίας συγκέντρωσης αυτής της αντίδρασης (σταθερά εξαγωγής - Kex)

Η έκφραση για τη σταθερά εκχύλισης μπορεί να καταγραφεί μόνο εάν είναι γνωστή η σύνθεση της εκχυλίσιμης ένωσης των αρχικών συστατικών. Μαζί με το νόμο της δράσης μάζας, ο νόμος κατανομής εφαρμόζεται στα συστήματα εκχύλισης, σύμφωνα με τον οποίο, σε σταθερή θερμοκρασία και πίεση, ο λόγος των συγκεντρώσεων ισορροπίας μιας ουσίας σε δύο μη αναμίξιμες φάσεις είναι μια σταθερή τιμή, ανεξάρτητη από τη συνολική συγκέντρωση της ουσίας. Αυτή η τιμή ονομάζεται σταθερά κατανομής:

όπου [A]о και [A]в είναι οι συγκεντρώσεις ισορροπίας της ουσίας στην οργανική και την υδατική φάση. Τυπικά, ωστόσο, το εκχυλίσιμο υπάρχει σε διάφορες μορφές. Οι ενώσεις μπορούν να συμμετέχουν σε διάφορους χημικούς μετασχηματισμούς σχηματισμού συμπλόκου, υδρόλυσης, πολυμερισμού, διάστασης κ.λπ. Από αυτή την άποψη, η αναλογία των συνολικών συγκεντρώσεων της ουσίας στην οργανική και την υδατική φάση δεν είναι σταθερή. Για κάθε επιμέρους μορφή ύλης πρέπει να πληρούται ο νόμος κατανομής, δηλαδή [A]o / [A]v = . Από αυτό προκύπτει ότι χρειάζονται ποσοτικά χαρακτηριστικά που θα μπορούσαν να μετρηθούν σε ένα άμεσο πείραμα. Αυτός είναι κυρίως ο συντελεστής κατανομής D, ο οποίος είναι ο λόγος της συνολικής συγκέντρωσης μιας ουσίας στην οργανική φάση προς τη συνολική συγκέντρωσή της στο νερό:

Η τιμή του D μπορεί να υπολογιστεί με οποιαδήποτε κατάλληλη μέθοδο συγκέντρωσης και. Κατά την εξαγωγή μετάλλων, χρησιμοποιούνται για αυτό οι μέθοδοι ατομικής εκπομπής και φασματομετρίας ατομικής απορρόφησης, βολταμετρίας, φασματοφωτομετρίας και η μέθοδος των ραδιενεργών ανιχνευτών. Σε αντίθεση με τη σταθερά κατανομής, στην περίπτωση του συντελεστή κατανομής, δεν απαιτείται η σταθερότητα και η ισότητα των μορφών ύπαρξης της ύλης σε κοινές φάσεις και η απαίτηση για την ισορροπία του συστήματος.

Ο συντελεστής κατανομής μπορεί επίσης να γραφτεί ως εξής

Ο συντελεστής κατανομής περιγράφει την ικανότητα μιας ουσίας να εκχυλιστεί, αλλά δεν καθορίζει την πραγματική πληρότητα της εκχύλισης, η οποία εξαρτάται από την αναλογία των όγκων της οργανικής και της υδατικής φάσης. Με τον ίδιο συντελεστή κατανομής, η ουσία εκχυλίζεται όσο πληρέστερα, τόσο μεγαλύτερος είναι ο όγκος της οργανικής φάσης (σε σταθερό όγκο νερού). Η αναλογία της εξαγόμενης ουσίας εκφράζεται με την τιμή του βαθμού εκχύλισης:

όπου R είναι ο βαθμός εκχύλισης μιας ουσίας από την υδατική φάση στην οργανική. Cv και Co - η ποσότητα της ουσίας στην οργανική και την υδατική φάση. Το ποσοστό ανάκτησης τις περισσότερες φορές εκφράζεται ως ποσοστό.

όπου Vo και Vv είναι οι όγκοι της οργανικής και της υδατικής φάσης. Στην περίπτωση ισότητας όγκων φάσης (Vо = Vв), λαμβάνουμε

Για έναν καλό χωρισμό δεν αρκεί μόνο να είναι υψηλός ο παράγοντας διαχωρισμού. Είναι επίσης απαραίτητο το γινόμενο των σταθερών κατανομής τους να είναι κοντά στη μονάδα. Στην πράξη, χρησιμοποιείται επίσης η πολλαπλότητα της συγκέντρωσης (S AB):

Μεταξύ των σημαντικών παραγόντων που επηρεάζουν την εκχύλιση είναι ο χρόνος επαφής των φάσεων. Η πρακτική σημασία του ζητήματος συνδέεται, καταρχάς, με το γεγονός ότι σε πολλά συστήματα εξόρυξης η ισορροπία δεν επιτυγχάνεται αμέσως. Ο ρυθμός εκχύλισης εξαρτάται από τον ρυθμό των χημικών αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα στο σύστημα, ιδίως από τον ρυθμό μεταφοράς μάζας μιας ουσίας μεταξύ δύο φάσεων. Σε αυτή την περίπτωση, για να επιταχυνθεί η εξαγωγή, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν διάφοροι παράγοντες. Εάν η μεταφορά μάζας είναι η πιο αργή, ο ρυθμός ανάμειξης φάσεων θα πρέπει να αυξηθεί. Ο ρυθμός των χημικών αντιδράσεων μπορεί να επηρεαστεί αυξάνοντας τη συγκέντρωση των αλληλεπιδρώντων συστατικών, καταστέλλοντας παρεμβαλλόμενες αντιδράσεις, όπως η υδρόλυση και ο πολυμερισμός.

Έτσι, στην πράξη, κατά την ανάπτυξη μεθόδων εκχύλισης, είναι απαραίτητο να μελετηθεί ο ρυθμός αντίδρασης. Για να το κάνετε αυτό, ορίστε την ώρα για να φτάσετε στην ισορροπία. Αυτό γίνεται συνήθως σύμφωνα με τις κινητικές καμπύλες, για παράδειγμα, την εξάρτηση του συντελεστή κατανομής από το χρόνο επαφής των φάσεων (Εικ. 1). Η μελέτη της εξάρτησης του βαθμού εξαγωγής από τον χρόνο επαφής των φάσεων μπορεί να μην δώσει σωστές πληροφορίες σχετικά με την επίτευξη ισορροπίας εάν οι συντελεστές κατανομής είναι αρκετά υψηλοί, όπως φαίνεται από το Σχήμα. 2. Αν και οι συντελεστές κατανομής συνεχίζουν να αυξάνονται, δηλαδή δεν υπάρχει ισορροπία, η ανάκτηση είναι 100% και μπορεί να φαίνεται ότι το σύστημα βρίσκεται σε ισορροπία.

Ρύζι. 1.

Ρύζι. 2.

Ένα από τα ενδιαφέροντα ερωτήματα στη θεωρία της εκχύλισης είναι το ερώτημα του πού σχηματίζεται η εκχυλίσσιμη ένωση - στην υδατική φάση, στην οργανική φάση ή στη διεπιφάνειά τους. Αυτό μπορεί να είναι διαφορετικό σε διαφορετικά συστήματα, αλλά η μελέτη του ρυθμού εκχύλισης, για παράδειγμα, με διάφορους διαλύτες, μας επιτρέπει να επιλύσουμε αυτό το ζήτημα.

Ένας τρόπος επίλυσης αυτού του προβλήματος είναι η μελέτη της κινητικής εκχύλισης ενδοσύνθετων ενώσεων με διάφορους διαλύτες. Οι διαλύτες πρέπει να επιλέγονται με τέτοιο τρόπο ώστε οι σταθερές κατανομής του αντιδραστηρίου () να διαφέρουν σε αυτούς. Οι συνθήκες εκχύλισης πρέπει να είναι τέτοιες ώστε ο ρυθμός της χημικής αλληλεπίδρασης να είναι κινητικά καθοριστικός. Σε αυτή την περίπτωση, το pH, η συγκέντρωση του αντιδραστηρίου πρέπει να είναι το ίδιο. Εάν η ένωση σχηματίζεται στην υδατική φάση, ο ρυθμός εκχύλισης θα είναι όσο μεγαλύτερος, τόσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωση ισορροπίας του οργανικού αντιδραστηρίου στην υδατική φάση. Όσο χαμηλότερη, τόσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση. Με άλλα λόγια, όσο χειρότερη είναι η διαλυτότητα του εκχυλιστικού στον οργανικό διαλύτη, τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα εκχύλισης. Εάν μια ένωση σχηματιστεί στο όριο, τότε όσο καλύτερα διαλύουμε το αντιδραστήριο σε έναν οργανικό διαλύτη, τόσο μεγαλύτερος θα είναι ο ρυθμός εκχύλισης. Ο σχηματισμός μιας ένωσης στην οργανική φάση δεν είναι σχεδόν εφικτός, αφού για αυτό το προς εκχύλιση στοιχείο πρέπει να περάσει στον οργανικό διαλύτη με κάποιον άλλο τρόπο.

Το άρθρο παρέχει μια συγκριτική περιγραφή των ιδιοτήτων εκχύλισης ορισμένων πολικών οργανικών διαλυτών (αιθυλενογλυκόλη, DMF, DMSO, ακετονιτρίλιο) και ιοντικών υγρών (οξικό Ν-μεθυλβουτυλιμιδαζόλιο και τετραφθοροβορικό Ν-βουτυλοπυριδίνιο). Στην εισαγωγή, δίνονται τα πλεονεκτήματα των ιοντικών υγρών ως διαλυτών - αυτά είναι πρακτικά μηδενική τάση ατμών και εξαιρετικά χαμηλή διαλυτότητα σε αλειφατικούς υδρογονάνθρακες. Και δεδομένου ότι τα περισσότερα ιοντικά υγρά περιέχουν ένα οργανικό κατιόν ικανό να συντονίζει σωματίδια που δίνουν ηλεκτρόνια, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως εκχυλιστικά πολικών και δοτών ηλεκτρονίων οργανικών ουσιών. Σε αυτή την εργασία, μελετήσαμε ένα πρότυπο διάλυμα πολλαπλών συστατικών PAH. Διαχωρίστηκαν με HPLC. Η τιμή της σταθεράς κατανομής των ουσιών P υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο

όπου και - το εμβαδόν των κορυφών στο χρωματογράφημα του διαλύματος οκτανίου ισορροπίας και του αρχικού χρωματογράμματος·

και είναι οι όγκοι της πολικής και της οκτανικής φάσης.

Βρέθηκε ότι η σταθερά κατανομής έπεσε καθώς αυξανόταν ο αριθμός των αρωματικών δακτυλίων.

Παρά όλα τα πλεονεκτήματα, δεν είναι λογικό να χρησιμοποιούνται ιοντικά υγρά για την εκχύλιση PAH, καθώς είναι κατώτερα σε ιδιότητες από το DMF και το DMSO. Το DMF και το DMSO χρησιμοποιούνται ευρέως στην εκχύλιση. Έχουν κέντρα έλλειψης ηλεκτρονίων στα μόριά τους, γεγονός που συμβάλλει στην αποτελεσματική διαλυτοποίηση των μορίων PAH. Ως αποτέλεσμα, εμφανίζεται ο σχηματισμός συμπλόκου p και η διαλυτοποίηση των πυρηνικών πρωτονίων. Λόγω αυτής της ιδιότητας, το DMF και το DMSO χρησιμοποιούνται για τον καθαρισμό διαφόρων εκχυλισμάτων.

Η προσθήκη αλάτων επηρεάζει επίσης την αποτελεσματικότητα διαχωρισμού. Η εργασία εξετάζει την εξαγωγή αρωματικών υδρογονανθράκων. Για τη μελέτη της ικανότητας εκχύλισης των PAH στους 293 K, μελετήθηκαν συστήματα εκχύλισης του τύπου n-επτανίου - ένα διάλυμα χλωριούχου N,N "-βουτυλομεθυλιμιδαζολίου σε μεθυλική αλκοόλη με συγκέντρωση οργανικού άλατος 1, 2, 3, 4, 5 mol / l. Με αύξηση της συγκέντρωσης του χλωριούχου N,N "-βουτυλομεθυλιμιδαζόλιο αυξάνει τη δομή της πολικής φάσης (η αύξηση της ομάδας μεθυλενίου αυξάνεται κατά περίπου 0,1 μονάδες). Η PAH συμπεριφέρθηκε ως εξής. Με την αύξηση της συγκέντρωσης του αλατιού, εμφανίζεται σημαντική πτώση στις σταθερές κατανομής των αρωματικών υδρογονανθράκων. Ταυτόχρονα, οι σταθερές κατανομής των αρένων πολλαπλών δακτυλίων πέφτουν πιο απότομα και η ίδια η σειρά εξαγωγής υδρογονανθράκων με αύξηση του αριθμού των αρωματικών δακτυλίων (όσο περισσότεροι δακτύλιοι, τόσο μικρότερες είναι οι σταθερές κατανομής) αντιστοιχεί στη σειρά για την οι πιο ενεργοί και εκλεκτικοί διαλύτες αρωματικών υδρογονανθράκων - DMF και DMSO.

Τα παρατηρούμενα φαινόμενα οφείλονται, αφενός, σε συγκεκριμένα φαινόμενα διαλυτοποίησης μεταξύ του άλατος και των αρένων, τα οποία μπορεί να οφείλονται σε σύμπλεξη p, δεσμούς υδρογόνου κ.λπ. και η επίδραση της αποβολής υδρόφοβων υδρογονανθράκων από την πολική φάση, από την άλλη πλευρά. Η παρουσία δύο αντίθετα κατευθυνόμενων επιδράσεων εξηγεί την παρουσία ασθενών ελάχιστων στην εξάρτηση των σταθερών κατανομής PAH από τη συγκέντρωση του χλωριούχου Ν,Ν'-βουτυλομεθυλιμιδαζολίου στη μεθανόλη.

Με βάση τα αποτελέσματα αυτής της εργασίας, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι με την αύξηση της συγκέντρωσης του χλωριούχου Ν,Ν"-βουτυλομεθυλιμιδαζολίου στη μεθυλική αλκοόλη, μια σημαντική αύξηση στην αναλογία της σταθεράς κατανομής του n-επτανίου προς τις σταθερές κατανομής του Εμφανίζονται PAH, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση της διαχωριστικής ισχύος αυτού του συστήματος εξαγωγής.

1. Νόμος διανομής Nernst

1. Νόμος διανομής Nernst

1. Νόμος διανομής Nernst

1. Νόμος διανομής Nernst

2. Εκχύλιση

2. Εκχύλιση

2. Εκχύλιση

2. Εκχύλιση

2. Εκχύλιση

2. Εκχύλιση

2. Εκχύλιση

2. Εκχύλιση

2. Εκχύλιση

2. Εκχύλιση

2. Εκχύλιση

2. Εκχύλιση

2. Εκχύλιση

Τριτοετείς φοιτητές της Τεχνολογικής Σχολής

Για εργαστηριακές εργασίες

Σχετικά με τη φυσική χημεία με θέμα:

«Ο νόμος της διανομής. Υγρή εκχύλιση»

ΣΤΟΧΟΣ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: μελέτη της διαδικασίας της υγρής εκχύλισης, μιας από τις κύριες διαδικασίες της τεχνολογίας τροφίμων.

Ο ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: απόκτηση πρακτικών δεξιοτήτων στη διεξαγωγή εργαστηριακής έρευνας, επεξεργασία πειραματικών δεδομένων με αναλυτικές και γραφικές μεθόδους.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Μία από τις ειδικές περιπτώσεις συστημάτων τριών συστατικών είναι η εξής: δύο υγρά είναι αμοιβαία αδιάλυτα και το τρίτο συστατικό μπορεί να διαλυθεί στο ένα και στο άλλο. Όταν επιτευχθεί ισορροπία στο σύστημα, το τρίτο συστατικό κατανέμεται μεταξύ δύο μη αναμίξιμων υγρών φάσεων σε μια ορισμένη αναλογία, που χαρακτηρίζεται ποιοτικά από μια σταθερά κατανομής.

Το πιο διάσημο παράδειγμα εφαρμογής του νόμου της κατανομής είναι η εκχύλιση, δηλαδή η εκχύλιση μιας ουσίας από ένα διάλυμα με κατάλληλο διαλύτη που δεν αναμιγνύεται με τον πρώτο και ταυτόχρονα διαλύει την προς εκχύλιση ουσία σε μεγαλύτερο ποσό από το πρώτο. Για πολλές οργανικές ουσίες, ένας τέτοιος διαλύτης είναι ο αιθέρας και για τις ανόργανες ουσίες, το νερό. Για πλήρη εκχύλιση, η εκχυλίσσιμη ουσία μεταφέρεται στη μοριακή κατάσταση στην οποία βρίσκεται και στις δύο φάσεις. Έτσι, για παράδειγμα, κατά την εκχύλιση ενός ασθενούς οργανικού οξέος, είναι πλεονεκτικό να μειωθεί ο βαθμός διάστασής του με την προσθήκη ενός ανόργανου οξέος. Σε αυτή την περίπτωση, τα μόρια οργανικού οξέος που δεν έχουν διαχωριστεί εξάγονται πληρέστερα. Η διαλυτότητα των οργανικών ουσιών στο νερό μειώνεται σημαντικά παρουσία αλάτων - η επίδραση του αλατίσματος.

Η εκχύλιση είναι μια από τις πιο κοινές διεργασίες στη χημική, τη φαρμακευτική, τη βιομηχανία τροφίμων και άλλες βιομηχανίες. Η εκχύλιση χρησιμοποιείται ευρέως για την εξαγωγή αιθέριων ελαίων από φυτικά υλικά και τον καθαρισμό τους. Στην οινοποίηση, η διαδικασία εκχύλισης χρησιμοποιείται για τη λήψη πρώτων υλών για την παραγωγή βερμούτ, επεξεργασίας κέικ σταφυλιού.

ΕΓΩ.ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

1.1. νόμος διανομής.

Εάν μια ουσία είναι διαλυτή σε δύο μη αναμίξιμα υγρά, τότε όταν διαλύεται σε ένα μείγμα δύο τέτοιων υγρών, κατανέμεται μεταξύ τους στην αναλογία που καθορίζεται από το νόμο Nernst-Shilov:

Η διαλυμένη ουσία κατανέμεται μεταξύ δύο μη αναμίξιμων υγρών σε σταθερή αναλογία συγκέντρωσης ανεξάρτητη από την ποσότητα της διαλυμένης ουσίας που προστίθεται.

Κ=C1/Γ2(1), όπου C1 και C2 είναι οι συγκεντρώσεις της ουσίας στον 1ο και τον 2ο διαλύτη.

Ο νόμος εκπληρώνεται σε σταθερή θερμοκρασία, επαρκή αραίωση διαλυμάτων, απουσία αλληλεπίδρασης μιας διαλυμένης ουσίας με έναν διαλύτη.

Σε πραγματικές συνθήκες, όταν διαλύονται ουσίες, συμβαίνουν οι διαδικασίες σύνδεσης και διάστασης των μορίων της διαλυμένης ουσίας.

Περίπτωση 1. Η ουσία συνδέεται σε έναν από τους διαλύτες λόγω του σχηματισμού δεσμών υδρογόνου με την εμφάνιση διμερών:

ή πολυμερή

Ο νόμος διανομής σε αυτήν την περίπτωση θα μοιάζει με αυτό:

K=C1N/Γ2ή 2)

Εδώ Ν=Μ1/Μ2- η αναλογία των μέσων μοριακών βαρών της ουσίας σε έναν και στους άλλους διαλύτες.

Αν μετασχηματίσουμε την εξίσωση (2), πάρουμε τον λογάριθμό της, παίρνουμε

Lg K = n lg C1 – lg C2ή

Lg C2 = n lg C1 – lg K (3)

είναι μια άμεση σχέση LGC2=ΦΑ(LGC1)

Η εξίσωση σας επιτρέπει να προσδιορίσετε γραφικά ΝΚαι ΠΡΟΣ ΤΗΝαπό πειραματικά δεδομένα.

Περίπτωση 2. Σε έναν από τους διαλύτες (συχνότερα στο νερό), η ουσία διαχωρίζεται και στον άλλο (οργανικό) συνδέεται.

Ο νόμος διανομής έχει τη μορφή:

Α είναι ο βαθμός διάστασης.

Παράδειγμα 1. Κατά την κατανομή της φαινόλης μεταξύ νερού και βενζολίου, ελήφθησαν τα ακόλουθα δεδομένα:

Γ1(Н2О), kmol/dm3 0,0316 0,123 0,327 0,750

Γ2(С6Н6), kmol/dm3 0,0077 0,159 0,253 0,390

Υπολογίστε την τιμή ΠΡΟΣ ΤΗΝΚαι Νγραφικά.