Закон распределения. Экстракция

 

Если к системе из двух взаимно нерастворимых жидкостей добавлять третью жидкость, способную растворяться, то добавляемая жидкость будет распределяться между обеими жидкими слоями.

Добавление третьего компонента может увеличить или уменьшить взаимную растворимость компонентов. Это свойство бинарных систем может быть использовано в аналитических целях. Большое практическое значение имеют трехкомпонентные смеси, в которых растворенное вещество распределено между двумя несмешивающимися растворителями.

В состоянии равновесия химический потенциал растворенного распределенного вещества (m) в обоих несмешивающихся слоях должен быть одинаковым, т.е.

Известно, что m = m⁰ + RTlna,

где m⁰ – стандартный химический потенциал растворенного вещества,

а – активность компонента в растворе.

Тогда условие равновесия можно записать

m₃⁰¢ + RTlna₃¢ = m₃⁰¢ ¢ + RTa₃¢ ¢,

где один штрих характеризует первый растворитель, два штриха – второй.

Отсюда

Учитывая, что m₃⁰¢ и m₃⁰¢ ¢ при T – const являются постоянными, то последнее выражение можно написать так:

,

где К⁰ – термодинамическая константа распределения.

Это уравнение является выражением закона распределения Нернста- Шилова: третий компонент, добавленный к системе, состоящей из двух взаимно нерастворимых или ограниченно растворимых жидкостей, распределяется между обоими жидкими слоями в определенном, постоянном при данной температуре отношении.

Т.к. a = c ^. g

Уравнение закона распределения можно записать и в другом виде:

,

где К – коэффициент распределения.

Коэффициентом распределения называется отношение общей концентрации вещества в одной жидкой фазе к его концентрации во второй жидкой фазе в условиях равновесия:

С изменением концентрации распределяемого вещества в двух равновесных жидких фазах меняется коэффициент распределения.

При с₃¢ ® 0 и с₃¢ ¢ ® 0 g₃¢ ® 1 и g₃¢ ¢ ® 1, тогда .

Этот закон применим в том случае, если распределяемое вещество в обоих растворителях имеет одинаковую молекулярную массу.

Вспомним криоскопический и эбулиоскопический законы, где требуется введение изотонического коэффициента, который учитывает диссоциацию молекул или их ассоциацию.

В таких случаях следует пользоваться другим выражением:

если величина частиц распределяемого вещества в одном растворителе (¢ ) в двое меньше, чем в другом (¢ ¢ ), то:

,

т.е. когда распределяемое вещество в первом жидком слое остается в молекулярной форме, а во втором – диссоциирует на ионы:

АВ А⁺ + В^–.

А если , то общее выражение принимает вид: .

Экстракция. Закон распределения лежит в основе экстракционного метода извлечения вещества. Экстракцией называется процесс извлечения растворенного вещества из раствора с помощью второго растворителя, практически не смешивающегося с первым.

Этот метод широко используется в фармацевтической промышлен-ности, в металлургии цветных и редких металлов, в атомной технологии и радиохимии, а также в нанотехнологии.

Для увеличения полноты извлечения вещества из водного слоя органическим растворителем экстрагирование проводят последовательно небольшими порциями экстрагента (n), при этом чем больше число последовательных стадий извлечения (n), тем больше полнота извлечения при одном и том же количестве взятого экстрагента. Эффективность экстракции можно рассчитать, пользуясь следующими рассуждениями и выводами:

Допустим, что в V₀ (л) водного раствора находится g₀ кг вещества, подлежащего извлечению. Если после первого экстрагирования в водном растворе остается g₁ кг неизвлеченного вещества, то при установлении равновесия в экстракт перейдет (g₀ – g₁) кг вещества. Коэффициент распределения:

, отсюда

После второго экстрагирования таким же объемом экстрагента в водном растворе останется g₂ кг неизвлеченного вещества, а в экстракт перейдет (g₁ - g₂) кг. Тогда при равновесии

и

После n-го экстрагирования в растворе останется неизвлеченного вещества g_n (кг)

Общее количество вещества, извлеченное при экстрагировании из водного раствора, равно

.

Чем больше компонентов в системе, тем сложнее диаграммы.

 

⇐ Предыдущая45464748495051525354Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I. 11. Законы земледелия. Суть законов: минимума, максимума, оптимума; взаимодействия факторов.
2. II. Имперское законодательство
3. II.3. Закон действия и результата действия
4. VI. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ
5. VI. Распределение законодательной власти
6. Административно-правовой статус закреплен в Конституции РФ, законах и в нормативных актах (как правило, положениях об органах).
7. Амет-хан еще перед вылетом на разведку изучил маршрут и, возвращаясь, старался опознать нужные ориентиры. Скоро должен был закончиться лес, впереди — широкий луг с проселочной дорогой.
8. Атомное ядро. Энергия связи и дефект массы ядра. Радиоактивное излучение и его виды. Закон радиоактивного распада.
9. Афина Варвакион. Уменьшенная мраморная копия римского времени с Афины Парфенос Фидия, законченной после 438 г. до н. э. Афины. Национальный музей.
10. Биномиальный закон (распределение Бернулли)
11. Биномиальный закон распределения. Закон Пуассона
12. Будь верен законам эстетической материи,