Теоретическая часть. Формирование навыков исследования равновесного распределения вещества между двумя несмешивающимися растворителями при постоянной температуре

Цель работы

Формирование навыков исследования равновесного распределения вещества между двумя несмешивающимися растворителями при постоянной температуре, расчета коэффициента распределения.

Если в систему из двух компонентов, содержащую две равновесные жидкие фазы, ввести небольшое количество третьего компонента, то после установления равновесия он окажется в обеих фазах, но в разном количестве. Если концентрация третьего компонента невелика и состояние его частиц в обеих фазах одинаково, то увеличение его количества в системе пропорционально увеличит его концентрации в обеих фазах.

Согласно закону распределения для каждой температуры отношение концентраций третьего компонента в двух равновесных жидких фазах при различных его концентрациях является величиной постоянной. Этот закон характеризует равновесное состояние системы и может быть представлен уравнением:

а_1.1/а_1.2= К, (14)

где а_1.1 и а_1.2 – активность растворенного вещества соответственно в растворителе 1 и 2.

Величину К называют коэффициентом распределения. Он зависит от природы компонентов, составляющих систему, и температуры. В разбавленных растворах вместо соотношения активностей для расчета коэффициента распределения можно пользоваться соотношением концентраций растворенного вещества в обеих фазах:

с_1.1/с_1.2= К, (15)

В ряде случаев распределяющееся вещество вследствие диссоциации или ассоциации его молекул обладает неодинаковым средним размером частиц в разных растворителях, и закон распределения может быть представлен уравнением:

К = с_1.1/cⁿ_1.2, (16)

где n - показатель при постоянной температуре, независящий от концентрации и характеризующийся свойствами всех трех компонентов, составляющих систему. Он может быть выражен соотношением средних молярных масс распределяющегося вещества в первой и во второй фазах:

n = M_1.1/M_1/2. (17)

Отклонения от закона распределения наблюдаются при различных состояниях растворенных молекул в одной из фаз системы. Такими различными состояниями могут быть диссоциированные или ассоциированные молекулы растворенного вещества. По коэффициенту распределения можно определить степень диссоциации или ассоциации растворенного вещества в том или ином растворителе, константу равновесия реакции, протекающей в одной из фаз, активности растворенных веществ и другие свойства. Закон распределения широко используется при экстрагировании веществ из раствора.

Экстрагированием (экстракцией) называется извлечение вещества из раствора подходящим растворителем, которые не смешивается с первым и в то же время растворяет извлекаемое вещество в большем количестве, чем первый. Примем следующие обозначения:

g₀ - начальное количество вещества, которое подвергается экстрагированию;

V₁ – объем раствора, в котором находится экстрагируемое вещество;

V₂ – Объем растворителя, при помощи которого производится одно экстрагирование;

n – общее число экстрагирований;

g_n – количество вещества, остающееся в первоначальном растворе после n-го экстрагирования

К – коэффициент распределения экстрагируемого вещества.

После n экстрагирований в исходном растворе останется исходного вещества

g_n = g₀ (17)

А всего будет извлечено вещества (g = g₀ – g_n):

G = g_{0 .} (18)

При экстракции коэффициентом распределения условились называть отношение концентрации раствора, из которого экстрагируется распределяющееся вещество, к концентрации раствора, которым производится экстрагирование.

Дата добавления: 2015-05-09