Закон за разпределение на добива. Методически препоръки за извършване на лабораторна работа по физическа химия „закон на разпределение“
Процесът на екстракция почти винаги може да се опише като нормална, макар и двуфазна химическа реакция. Реакциите на екстракция са почти винаги обратими, така че законът за масовото действие може да се приложи към процесите на екстракция. Става възможно да се говори за равновесната константа на реакцията на екстракция, която в в такъв случайнаречена екстракционна константа. Процесът на екстракция на вещества, способни да се дисоциират, може да бъде представен по следния начин:
Долните индекси означават органичната (о) и водната (а) фази. Органичният реагент (НА) е разтворим в органичен разтворител. Концентрационната равновесна константа на тази реакция (константа на екстракция - Kex)
Изразът за екстракционната константа може да бъде написан само ако е известен съставът на екстрахираното съединение на оригиналните компоненти. Заедно със закона за масовото действие, законът за разпределение е приложим към екстракционните системи, според който при постоянна температура и налягане съотношението на равновесните концентрации на веществото в две несмесващи се фази е постоянна величина, независима от общата концентрация на веществото. Това количество се нарича константа на разпределение:
където [A]о и [A]в са равновесните концентрации на веществото в органичната и водната фаза. Въпреки това, обикновено извлеченото вещество присъства в различни форми. Съединенията могат да участват в различни химични трансформации: комплексообразуване, хидролиза, полимеризация, дисоциация и др. В тази връзка съотношението на общите концентрации на веществото в органичната и водната фаза не е постоянно. За всяка отделна форма на вещество трябва да бъде изпълнен законът за разпределение, т.е. [A]o / [A]b = . От това следва, че са необходими количествени характеристики, които могат да бъдат измерени в пряк експеримент. Това е преди всичко коефициентът на разпределение D, който е съотношението на общата концентрация на дадено вещество в органичната фаза към общата му концентрация във вода:
Стойността на D може да се изчисли чрез дефиниране на произволен подходящ методконцентрации и др. При извличане на метали за тази цел се използват методите на атомно-емисионната и атомно-абсорбционната спектрометрия, волтаметрията, спектрофотометрията, методът на радиоактивните индикатори. За разлика от константата на разпределение, при коефициента на разпределение няма изискване за постоянство и еднаквост на формите на съществуване на веществото в общите фази и няма изискване системата да е в равновесие.
Коефициентът на разпределение може да се запише и по следния начин
Коефициентът на разпределение описва способността на дадено вещество да бъде екстрахирано, но не определя действителната пълнота на екстракцията, която зависи от съотношението на обемите на органичната и водната фаза. При един и същ коефициент на разпределение, колкото по-пълно е извлечено веществото, толкова по-голям е обемът на органичната фаза (при постоянен обем на водната). Делът на екстрахираното вещество се изразява чрез степента на екстракция:
където R е степента на екстракция на веществото от водната фаза в органичната фаза; Cw и Co - количеството вещество в органичната и водната фаза. Степента на възстановяване най-често се изразява в проценти.
където Vo и Vв са обемите на органичната и водната фази. При равенство на фазовите обеми (Vо = Vв) получаваме
За добро разделениеНе е достатъчно само факторът на разделяне да е висок. Необходимо е също произведението на техните константи на разпределение да е близко до единица. На практика се използва и коефициентът на концентрация (S AB):
Важни фактори, влияещи върху екстракцията, включват времето за контакт на фазата. Практическото значение на въпроса е свързано преди всичко с факта, че в много екстракционни системи равновесието не се постига веднага. Скоростта на извличане зависи от скоростта химична реакция, възникващи в системата, по-специално върху скоростта на пренос на маса на материя между две фази. В този случай, за да се ускори извличането е необходимо да се използва различни фактори. Ако преносът на маса е най-бавен, скоростта на смесване на фазите трябва да се увеличи. Скоростта на химичните реакции може да бъде повлияна чрез увеличаване на концентрациите на взаимодействащи компоненти, потискане на смущаващи реакции, като хидролиза и полимеризация.
Така на практика, когато се разработват методи за екстракция, е необходимо да се изследва скоростта на реакцията. За да направите това, трябва да зададете времето за достигане на равновесие. Това обикновено се прави с помощта на кинетични криви, например зависимостта на коефициента на разпределение от времето на фазов контакт (фиг. 1). Изследването на зависимостта на степента на екстракция от времето на фазов контакт може да не предостави правилна информация за установяването на равновесие, ако коефициентите на разпределение са достатъчно високи, както може да се види от фиг. 2. Въпреки че коефициентите на разпределение продължават да се увеличават, т.е. няма равновесие, степента на възстановяване е 100% и системата може да изглежда като в равновесие.
Ориз. 1.
Ориз. 2.
Един от интересните въпроси в теорията на екстракцията е въпросът къде се образува извлеченото съединение - във водната фаза, в органичната фаза или на тяхната повърхност. IN различни системитова може да варира, но изучаването на скоростта на екстракция, например с различни разтворители, ни позволява да разрешим този проблем.
Едно от решенията може да бъде изследване на кинетиката на екстракция на вътрешнокомплексни съединения с различни разтворители. Разтворителите трябва да бъдат избрани по такъв начин, че константите на разпределение на реагента () в тях да се различават. Условията на екстракция трябва да са такива, че скоростта на химичното взаимодействие да е кинетично определяща. В този случай pH и концентрацията на реагента трябва да бъдат еднакви. Ако съединението се образува във водната фаза, колкото по-висока е равновесната концентрация на органичния реагент във водната фаза, толкова по-висока е степента на екстракция. Колкото по-ниска е, толкова по-голяма е концентрацията. С други думи, колкото по-малко разтворим е екстрагентът в органичен разтворител, толкова по-голяма е степента на екстракция. Ако съединението се образува на границата, тогава колкото по-добре е разтворимият реагент в органичния разтворител, толкова по-голяма ще бъде степента на екстракция. Образуването на съединение в органичната фаза едва ли е възможно, тъй като за да се случи това, извлеченият елемент трябва да премине в органичния разтворител по някакъв друг начин.
Статията предвижда Сравнителна характеристикаекстракционни свойства на някои полярни органични разтворители (етилен гликол, DMF, DMSO, ацетонитрил) и йонни течности (N-метилбутилимидазолиев ацетат и N-бутилпиридиниев тетрафлуороборат). Въведението очертава предимствата на йонните течности като разтворители - практически нулево парно налягане и изключително ниска разтворимост в алифатни въглеводороди. И тъй като повечето йонни течности съдържат органичен катион, способен да координира електрон-дарящи частици, те могат да се използват като екстрагенти на полярни и електрон-дарящи органична материя. В тази работа е изследван многокомпонентен стандартен разтвор на ПАВ. Те бяха разделени чрез HPLC. Стойността на константата на разпределение на веществата P се изчислява по следната формула
където и е площта на пика в хроматограмата на равновесния октанов разтвор и първоначалната хроматограма;
и - обеми на полярни и октанови фази.
Установено е, че константата на разпределение намалява с увеличаване на броя на ароматните пръстени.
Въпреки всички предимства е нерационално да се използват йонни течности за екстракция на PAH, тъй като те са по-ниски по свойства от DMF и DMSO. DMF и DMSO се използват широко в екстракцията. Те имат центрове с електронен дефицит в молекулите си, което допринася за ефективната солватация на молекулите на ПАХ. В резултат на това възниква р-комплексообразуване и солватация на ядрени протони. Благодарение на този имот DMF и DMSO се използват за пречистване на различни екстракти.
Ефективността на разделяне също се влияе от добавянето на соли. Работата разглежда извличането на ароматни въглеводороди. За изследване на екстрахируемостта на PAHs при 293 К, екстракционни системи като n-хептан - разтвор на N,N"-бутилметилимидазолиев хлорид в метилов алкохолс концентрация на органични соли 1, 2, 3, 4, 5 mol/l. Тъй като концентрацията на N,N"-бутилметилимидазолиев хлорид се увеличава, структурата на полярната фаза се увеличава (прирастът на метиленовата група се увеличава с приблизително 0,1 единици). PAH се държат както следва. С увеличаване на концентрацията на сол, значителен спад в разпределението В този случай те намаляват най-рязко константите на разпределение на многопръстенните арени, а серията на екстрахируемост на въглеводороди с нарастващ брой ароматни пръстени (колкото повече пръстени, толкова по-малки са константите на разпределение), съответства на серия за най-активните и селективни разтворители на ароматни въглеводороди - DMF и DMSO.
Наблюдаваните ефекти се дължат, от една страна, на специфични ефекти на солватация между солта и арените, които могат да бъдат причинени от р-комплексиране, водородни връзки и др. и ефектът на изтласкване на хидрофобни въглеводороди от полярната фаза, от друга страна. Наличието на два противоположно насочени ефекта обяснява наличието на слабо изразени минимуми в зависимостта на константите на разпределение на ПАВ от концентрацията на N,N"-бутилметилимидазолиев хлорид в метилов алкохол.
Въз основа на резултатите от тази работа можем да заключим, че с увеличаване на концентрацията на N,N"-бутилметилимидазолиев хлорид в метилов алкохол има значително увеличение на съотношението на константата на разпределение на n-хептан към константите на разпределение на ПАВ, което води до увеличаване на капацитета за разделяне на тази екстракционна система.
Ако вземете две несмесващи се течности и добавите трети компонент, той ще се разтвори различни степении в двата разтворителя.
„Когато се установи равновесие, съотношението на концентрациите на получените разтвори е постоянно при дадена температура“- Закон за разпределение на Нернст (1.13).
Където
- концентрация на третия компонент във фази I и II; К - коефициент на разпределение.
Ако разтвореното вещество се дисоциира или асоциира в един от разтворителите, тогава уравнението на Нернст има формата:
= К, (1.14)
Да намеря КипВземаме логаритъм на уравнение (1.14) и получаваме уравнението на правата линия:
Чрез построяване на права линия в координат
, да намерим " П» като тангенс на ъгъла на наклона на права линия (от всеки две точки, лежащи на права линия) tga
=
.
InK може да се намери от уравнението, като се заменят в него стойностите на всяка точка, разположена на линията.
Законът за разпределение на Нернст е в основата на процеса на извличане. Екстракцията е отстраняването на компонент от една фаза в друга. Извличането става твърда фаза- извличане на вещества от твърдата фаза в течната фаза (например приготвяне на чай, кафе, приготвяне на тинктури, билкови екстракти и др.) и течна фаза- извличане на разтворено вещество от течен разтвор екстрагент. Разтвор на екстрахираното вещество в екстрагента се нарича екстракт, а първоначалният разтвор след извличане на веществото от него се нарича рафинат.
За да изчислите ефективността на екстракцията в течна фаза, използвайте уравнение (1.15):
, (1.15)
Където х- делът на неекстрахираното вещество в рафината;
V- обем на изходния разтвор;
- обем на екстрагента;
ДА СЕ- коефициент на разпределение
;
П- брой екстракции.
Както може да се види от уравнение (1.15), колкото повече екстракции, толкова по-малко вещество остава в рафината, т.е. неекстрахирано, толкова повече вещество се екстрахира от екстрагента. Ефективността на екстракцията до голяма степен се определя от стойността на коефициента на разпределение: колкото по-голям е коефициентът в полза на екстрагента, толкова по-ефективна е екстракцията.
Често справочникът дава коефициента на разпределение като съотношението на концентрациите в рафината към екстракта, т.е. обратната стойност на това, което трябва да бъде в уравнение (1.14). В този случай трябва да вземете обратната референтна стойност и да я използвате в уравнение (1.15) или да използвате друго уравнение, където
1.10 Примери за решаване на проблеми
Проблем 1
50 g воден разтвор FeCl 2 с молалност от 1.97 mol/kg с плътност от 1.332 g/cm 3 смесени със 150 ml от 5 тегл. % решение FeCl 2 с плътност 1,038 g/cm. Изразете състава на получения разтвор по всички възможни начини.
дадени:
Решение 1: Решение 2:
=50р
= 150 мл
b
=1,97 mol/kg
= 1,332 g/cm3
= 1,038 g/cm3
b 3 =? У 3 =? х 3 = ?
Решение:
За всяко решение намираме масата FeCl 2 И н 2 0 .
Решение 1
:
b
= 1,97 mol/kg, т.е. 1 kg вода представлява 1,97 mol FeCl 2
,
= l.97M FeCl 2
= 1,97∙127,5 =251 g;
= 1000 g; m p . pa = 1251 g
1251 g (разтвор) - 251 g FeCl 2 ;
50 g разтвор - х Едкл 2
Ж.
И така, в решение 1:
= 10 g;
= 50 – 10 = 40 g.
Решение 2
: г-н. ra =∙V = 1,038 ∙ 50 =156 g;
= 156-8 = 148 g
Решение 3
: m р- pa = 50 + 156 = 206 g;
=10 + 8=18g
m H2O =40+ 148 = 188 g
b
Проблем 2
При 100 °C тетрахлоретиленът има налягане на наситените пари 400 mmHg, а бромобензенът - 196 mmHg.Намерете състава на разтвор, кипящ при 100 °C под налягане 360 mmHg, и състава на наситената пара над разтвора. Считайте решението за идеално.
=400 mmHg
= 196 mmHg.
P общ = 360 mmHg.
Решение:
Кипенето възниква, когато външното налягане и налягането на наситените пари са равни. Следователно 360 mmHg. - това е както външно налягане, така и общото налягане на наситените пари над разтвора.
;
Проблем 3
При 25 °C константата на разпределение на йод между вода и амилов алкохол е 0,00435. Колко грама йод ще останат в три литра воден разтвор (C = 1,3 g/l) след двойна екстракция с амилов алкохол, ако се консумират общо 400 ml алкохол?
K = 0,00435 =
=1.3g/l
= 400/2 = 200 мл = 0,2 л
= ?
Решение:
Екстрагентът е амилов алкохол. Следователно тази константа на разпределение е обратната на тази, изисквана в уравнението за изчисляване на ефективността на екстракция:
Изчисляваме константата на разпределението:
- делът на йод, оставащ в рафината.
Маса на разтворен йод в първоначалния разтвор:
м = м 0 х = 3,9 . 0,0037 = 0,014 g - маса на йод, оставащ в рафината
Проблем 4
Затворен съд с обем 5,0 L съдържа газ н 2 Спри температура 20 0 С и налягане 740 mm. rt. Изкуство. Какъв обем вода трябва да се добави, така че парциалното налягане н 2 Спадна до 500 мм. rt. Изкуство.? Коефициент на поглъщане н 2 С(α) е равно на 2,58.
= 5,0 l = 5,0∙10 -3 m 3
T 1 = T 2 = 293 K
P = 740 mm Hg = 0,984∙10 5 Pa
- ?
Решение:
Намаляването на налягането се дължи на разтварянето на частта н 2 Свъв вода. Нека изчислим първоначалното количество н 2 Си остатъчно количество н 2 Сслед разтваряне във вода.
Пренебрегваме промяната в обема на газа поради добавянето на вода, тоест V 2 = V 1.
Нека изчислим количеството H 2 S, разтворено във вода:
Нека изчислим V 0 - обемът на H 2 S, намален до нормални условия (P = 1.0133∙10 5 Pa, T = 273.15 K), който се разтваря във вода:
Проблем 5
Метанът се топи при температура 90,5 K, топлината му на топене е 70,7 J/mol. Определете разтворимостта на метан в течен азот при температура 50 K.
Решение:
Обикновено познаваме метана като газ, но в този случай говорим за твърд метан при температура под точката му на топене. Следователно е необходимо да се намери разтворимостта на твърдо вещество в течност, което може да се направи с помощта на уравнението на Шрьодер:
Лекция 10. Разпределение на материятамежду две фази. Екстракция.
.
2. Екстракция, нейните видове. Уравнение за извличане.
Принципи на получаване на тинктури и отвари.
Лектор: д.ф.н. пед. науки, доц. Марина Григориева
Викторовна
1. Закон за разпределение на Нернст
Ако едно вещество е разтворимо в двенесмесващи се течности, тогава кога
разтваряне на две такива течности в смес
тя се разпределя между тях според
Закон за разпределение на Нернст:
Съотношението на концентрациите на третия
компонент между две
несмесващи се течности
постоянна температура е
стойността на константата K = C1/C2, където C1 е концентрацията на компонента в разтвор 1
течност, C2 е концентрацията на компонента в
разтвор 2 течности, К – коеф
разпределения.
1. Закон за разпределение на Нернст
Например, ако разклатите йод с водаи въглероден тетрахлорид, част от него
ще се разтвори във вода, а някои в
тетрахлорометан CCl4. В края
инсталиран в системата
динамичен баланс.
1. Закон за разпределение на Нернст
Без значение,какво количество
йодът се използва в
експеримент,
финал
поведение
концентрации
оказа се
постоянен.
1. Закон за разпределение на Нернст
Законът за разпределение е изпълнен само когатоопределени условия, а именно:
1) при постоянна температура;
2) с достатъчно разреждане и на двете
разтвори;
3) при условие, че разтвореното вещество не е
реагира, не се асоциира и не
дисоциира и в двата разтворителя.
Законът за разпределението лежи в основата на важното
и много често в
лабораторна и производствена практика
процес, наречен екстракция.
2. Екстракция
Екстракцията си е екстракцияот разтвор на един или повече
разтворени вещества с помощта на др
разтворител (екстрагент), нот
смесване с първото.
За извършване на екстракцията е необходимо
така че извлеченото вещество да е по-добро
разтворен във втория разтворител, отколкото в
първи. Целта на добива е
повишаване на концентрацията на всякакви
желано вещество или освобождаване
разтворител от присъстващите в него примеси,
или замяна на разтворителя.
2. Екстракция
Извличането може да бъде:еднопроходен, когато екстрагентът
добавен наведнъж
фракционно - добавяне на екстрагент
извършва се на части от няколко
техники.
Екстракцията се използва широко в
аптека за извличане от
растителни суровини етерични масла,
алкалоиди и други физиологични
активни вещества.
2. Екстракция
В лабораториите за екстракция е обичайно даизползвайте разделителни фунии
например по време на екстракция с етер. За
този воден разтвор с компонента
комбинират се с етер в разделителната секция
фуния. Разтворът се разклаща и след това
След утаяването слоевете се разделят. Етер
изпарява се до получаване на чист продукт.
2. Екстракция
Разделянефунии
2. Екстракция
Под химически ифармацевтично производство
устройствата са широко използвани
екстрактори, чието действие
основани на различни принципи
смесване на течности и техните
фрагментация. Са използвани
диск, вибриращ,
центробежни и други видове
екстрактори.
2. Екстракция
Извеждане на уравнението за извличане:Пуснете разтвор с обем V0 ml,
е t0 на извлеченото
вещества. Добавете към този разтвор
V мл друг разтворител, който
не се смесва с него. Нека се преструваме, че
след първото извличане в първия
1 g оставащ разтворител
екстрахируемо вещество, тогава
концентрацията в него ще бъде C1 = m1/ V0, и
концентрация във втория разтворител
C2 = (t0 - t1)/ V.
2. Екстракция
Използвайки закона за разпределение, можетенапиши:
m1
V0
C1
m1V
ДА СЕ
С 2 m0 m1 V0 (m0 m1)
V
KV0
m1 m0
V KV0
2. Екстракция
Ако първият разтворител с останалитетретирайте го със същото вещество втори път
обем V от втория разтворител, след това
повтаряйки предишното изчисление, получаваме:
KV0
m2 m1
V KV0
2. Екстракция
Замяна на t1 в последнияуравнение, намираме:
Ако повторите
екстракция със същ
том на втория
разтворител n пъти, тогава
оставаща сума
в първия разтворител
вещества ще бъдат
KV0
m2 m0
V KV0
2
KV0
mn m0
V KV0
н
2. Екстракция
Изчисления с помощта на полученитеуравнения показват, че извличането
ще бъдат по-пълни, ако бъдат разделени
целият обем разтворител на порция,
отколкото да извлече всичко наведнъж
обем на разтворителя.
2. Екстракция
Методите за екстракция са особено разпространениизползвани в анализа на растенията
лекарствени суровини, както и за получаване
настойки, отвари, тинктури, екстракти
лекарствени вещества. В този случай под
екстракт означава лекарствена форма,
получен чрез метод на екстракция в съответствие с
с определени изисквания.
Според Държавната фармакопея XI издание
настойките и отварите са течни лечебни
форми, които са водни екстракти
от лечебни растителни суровини, както и
водни разтвори на сухи или течни екстракти
(концентрати).
2. Екстракция
Екстракти - концентрирани екстрактиот лечебни растителни суровини.
Тинктури - оцветени алкохолни или
хидроалкохолни екстракти от
лечебни растителни суровини,
получен чрез екстракция без нагряване.
При получаване на инфузии и отвари, извършвайте
извличане на лечебни вещества от
натрошени лекарствени суровини с вода,
при получаване на екстракти - вода, етанол и
други екстрагенти.
2. Екстракция
За приготвяне на запарки и отвари, екстракцияизвършва се по следния начин. До настърган
добавят се лечебни растителни суровини
необходим обем вода при стайна температура,
сместа се държи на вряща водна баня при
разбъркване (инфузия - 15 минути, отвари - 30 минути),
охладете при стайна температура (инфузии - 45
мин, отвари - 10 мин), прецежда се и се получава
филтрат, който при необходимост се разрежда
вода.
Съдържание на фармакологично активни вещества в
се определят получените настойки и отвари
различни аналитични методи, повторно
препоръчан в съответната фармакопея
статии.
Ако трета течност, способна да се разтваря, се добави към система от две взаимно неразтворими течности, тогава добавената течност ще бъде разпределена между двата течни слоя.
Добавянето на трети компонент може да увеличи или намали взаимната разтворимост на компонентите. Това свойство на двоичните системи може да се използва за аналитични цели. Голямо практическо значение имат трикомпонентните смеси, в които разтвореното вещество се разпределя между два несмесващи се разтворителя.
В състояние на равновесие химическият потенциал на разтвореното разпределено вещество (m) в двата несмесими слоя трябва да бъде еднакъв, т.е.
Известно е, че m = m 0 + RTlna,
където m 0 е стандартният химичен потенциал на разтвореното вещество,
a е активността на компонента в разтвора.
Тогава може да се напише условието за равновесие
m 3 0 ¢ + RTlna 3 ¢ = m 3 0 ¢¢ + RTa 3 ¢¢,
където една черта характеризира първия разтворител, две черти характеризират втория.
Оттук
Като се има предвид това m 3 0 ¢И m 3 0 ¢¢когато T – const са постоянни, последният израз може да се запише по следния начин:
където K 0 е термодинамичната константа на разпределение.
Това уравнение е израз на закона за разпределение на Нернст-Шилов: третият компонент, добавен към система, състояща се от две взаимно неразтворими или ограничено разтворими течности, се разпределя между двата течни слоя в определено съотношение, постоянно при дадена температура.
защото a = c. ж
Уравнението на закона за разпределение може да бъде написано в друга форма:
,
където K е коефициентът на разпределение.
Коефициентът на разпределение е съотношението на общата концентрация на вещество в една течна фаза към концентрацията му във втората течна фаза при равновесни условия:
При промяна на концентрацията на разпределеното вещество в две равновесни течни фази коефициентът на разпределение се променя.
Когато c 3 ¢ ® 0 и c 3 ¢¢ ® 0 g 3 ¢ ® 1 и g 3 ¢¢ ® 1, тогава .
Този закон се прилага, ако веществото, което се разпределя в двата разтворителя, има еднакво молекулно тегло.
Нека си припомним криоскопичните и ебулиоскопичните закони, които изискват въвеждането на изотоничен коефициент, който отчита дисоциацията на молекулите или тяхното свързване.
В такива случаи трябва да се използва друг израз:
ако размерът на частиците на разпределеното вещество в един разтворител (¢) е два пъти по-малък от този в другия (¢¢), тогава:
,
тези. когато разпределеното вещество в първия течен слой остава в молекулярна форма, а във втория се дисоциира на йони:
AB A + + B – .
И ако , тогава общият израз приема формата: .
Екстракция . Законът за разпределение е в основата на екстракционния метод за извличане на вещество. Екстракция е процес на извличане на разтворено вещество от разтвор с помощта на втори разтворител, който е практически несмесим с първия.
Този метод намира широко приложение във фармацевтичната индустрия, в металургията на цветни и редки метали, в ядрената технология и радиохимията, както и в нанотехнологиите.
За да се увеличи пълнотата на екстракцията на вещество от воден слой с органичен разтворител, екстракцията се извършва последователно в малки порции от екстрагента (n) и колкото по-голям е броят на последователните етапи на екстракция (n), толкова по-голяма е пълнотата на екстракция със същото количество взет екстрагент. Ефективността на екстракцията може да се изчисли, като се използват следните разсъждения и заключения:
Да приемем, че в V 0(l) воден разтвор е g 0 kg вещество за извличане. Ако след първото извличане в воден разтворостава g 1 kg неекстрахирано вещество, тогава, когато се установи равновесие, (g 0 – g 1) kg вещество ще премине в екстракта. Коефициент на разпределение.
Третокурсници на Технологичния факултет
За изпълнение лабораторна работа
По физическа химия по темата:
„Законът за разпределение. Течна екстракция"
ЦЕЛ НА РАБОТАТА: изследване на процеса на течна екстракция на един от основните процеси на хранителните технологии.
ЦЕЛ НА РАБОТАТА: придобиване на практически умения по дирижиране лабораторни изследвания, обработка на експериментални данни чрез аналитични и графични методи.
ВЪВЕДЕНИЕ
Един от частните случаи на трикомпонентни системи е следният: две течности са взаимно неразтворими, а третият компонент може да се разтвори и в двете. При достигане на равновесие в системата третият компонент се разпределя между две несмесващи се течни фази в определено съотношение, качествено характеризирано с константа на разпределение.
Повечето известен примерприлагане на закона за разпределение - екстракция, т.е. извличане на вещество от разтвор с подходящ разтворител, който не се смесва с първия и в същото време разтваря извлеченото вещество в Повече ▼от първия. За много органични вещества такъв разтворител е етерът, а за неорганичните – водата. За да завърши екстракцията, извлеченото вещество се прехвърля в молекулярното състояние, в което се намира и в двете фази. Например, когато се извлича слаба органична киселина, е изгодно да се намали степента на нейната дисоциация чрез добавяне минерална киселина. В този случай недисоциираните молекули на органичната киселина се извличат по-пълно. Разтворимостта на органичните вещества във вода е значително намалена в присъствието на соли - ефект на изсоляване.
Екстракцията е един от най-разпространените процеси в химическата, фармацевтичната, хранително-вкусовата и други индустрии. Екстракцията се използва широко за извличане на етерични масла от растителни материали и тяхното пречистване. Във винопроизводството процесът на екстракция се използва за получаване на суровини за производството на вермут и преработката на гроздови кюспе.
азТЕОРЕТИЧНА ЧАСТ
1.1. Закон за разпределение.
Ако дадено вещество е разтворимо в две несмесващи се течности, тогава когато се разтвори в смес от две такива течности, то се разпределя между тях в съотношението, определено от закона на Нернст-Шилов:
Разтвореното вещество се разпределя между две несмесващи се течности постоянно отношениеконцентрации, независимо от количеството на добавеното разтворимо вещество.
К=C1/C2(1), където C1 и C2 са концентрациите на веществото в 1-ви и 2-ри разтворители.
Законът е изпълнен при постоянна температура, достатъчно разреждане на разтворите и при липса на взаимодействие на разтвореното вещество с разтворителя.
В реални условия, когато веществата се разтварят, протичат процеси на асоцииране и дисоциация на молекулите на разтвореното вещество.
Случай 1. Веществото се свързва в един от разтворителите поради образуването на водородни връзки с образуването на димери:
Или полимери
Законът за разпределение в този случай ще изглежда така:
К=С1Н/C2или 2)
Тук N=M1/M2– коефициент на ср молекулни теглавещества в един и друг разтворител.
Ако трансформираме уравнение (2) и вземем логаритъм, получаваме
Lg K = n lg C1 – lg C2или
Lg C2 = n lg C1 – lg K (3)
- това е пряка връзка LgC2 =F(LgC1)
Уравнението ви позволява да определите графично нИ ДА СЕот експериментални данни.
Случай 2. В един от разтворителите (най-често вода) веществото е дисоциирано, а в другия (органичен) е асоциирано.
Законът за разпределение има формата:
А-степен на дисоциация.
Пример 1. При разпределяне на фенол между вода и бензен се получават следните данни:
C1(H2O), kmol/dm3 0,0316 0,123 0,327 0,750
C2(C6H6), kmol/dm3 0,0077 0,159 0,253 0,390
Изчислете стойността ДА СЕИ нграфично.