Закон действия масс. Константа экстракции

Лекция 3. Общая характеристика экстракции.Особенности экстракции как метода концентрирования. Этапы развития, современное состояние. Основные понятия и термины. Условия экстракции веществ.

Экстракция - это процесс распределения растворенного вещества между двумя несмешивающимися жидкими фазами. Экстракция используется для отделения как микропримесей, так и вещества-основы. Найдены способы выделения почти всех элементов и большинства классов соединений.

Коэффициент распределения D - отношение суммарной аналитической концентрации элемента в органической фазе к суммарной аналитической концентрации его в водной фазе. Форма существования элемента во внимание не принимается.

Фактор разделения S - отношение коэффициентов распределения двух разделяемых веществ, причем большего коэффициента к меньшему

Степень извлечения R (%экстракции) - процент вещества, экстрагированного при данных условиях от общего количества. С коэффициентом распределения процент экстракции связан соотношением

,

где V_в и V_о - равновесные объемы водной и органической фаз.

Константа экстракции (К_экс.) - константа равновесия гетерогенной реакции экстракции. Например, для внутрикомплексного соединения, экстракция которого протекает по уравнению

М_вⁿ⁺ + nHА_o «[MA_n]_o + nH_в⁺,

константа экстракции равна

Экстракт - отделенная органическая фаза, содержащая извлеченное из другой фазы вещество.

Реэкстракция - процесс обратного извлечения экстрагированного вещества из экстракта в водную фазу. Отделенную водную фазу, содержащую извлеченное из экстракта вещество, называют реэкстрактом.

Экстрагент - органический растворитель (содержащий или не содержащий другие компоненты), который извлекает вещество из водной фазы.

Реагент - составная часть экстрагента, химически взаимодействующая с извлекаемым элементом, причем это взаимодействие является основным фактором, определяющим процесс экстракции.

Реэкстрагент - водный раствор или вода, применяемые для извлечения экстрагированного вещества из экстракта.

Разбавитель - инертный органический растворитель применяемый для улучшения физических или экстракционных свойств экстрагента.

Промывка - процесс частичного или полного удаления примесей из отделенной фазы, содержащей основное вещество, т.е. из экстракта или реэкстракта.

Промывной раствор - водный или органический раствор, используемый для промывки.

Периодическая экстракция - экстракция вещества из одной и той же фазы, проводимая отдельными порциями свежего экстрагента.

Непрерывная экстракция - экстракция, проводимая при непрерывном и относительном перемещении двух фаз (одна из фаз остается неподвижной).

Противоточная экстракция - экстракция, осуществляемая при встречном движении обеих фаз.

Экстрактор - аппарат для проведения экстракции.

Обогащение - уменьшение соотношения между макро- и микроэлементом.

Коэффициент обогащения - отношение массы анализируемого образца к массе полученного концентрата элементов-примесей.

Лекция 4. Классификация экстракционных процессов Основные законы и количественные характеристики

В основе классификации методов и процессов экстракции лежат различные классификационные признаки. Иногда за основу классификации, когда решаются технологические задачи, берут характер перемещения фаз. В этом случае говорят о периодической и противоточной (непрерывной) экстракции. Широко распространенной является классификация, основу которой составляет тип используемого экстрагента. Поскольку в основном различают три типа экстрагентов: кислотные, основные и нейтральные, то им и отвечают соответственно три типа экстракции: катионообменная, анионообменная и координационная. Представительной является классификация, основанная на характере экстрагирующихся соединений. Выделяют две большие группы таких соединений: неионизованные соединения и ионные ассоциаты, которые в свою очередь делятся еще на ряд более мелких групп. Существуют и многие другие подходы и системы классификации методов и процессов экстракции. Более подробно и детально остановимся лишь на основных из них.

Самой распространенной группой извлекаемых соединении являются комплексы, экстракция которых связана с вытеснением ионов водорода из молекулы реагента. Для более полного понимания химизма такой экстракции целесообразно рассмотреть отдельно экстракцию внутрикомплексных соединений и экстракцию ионов металлов карбоновыми кислотами, которые представляют одно направление - катионообменную экстракцию.

Большую группу составляют комплексные соединения, извлекаемые по механизму анионообменной и координационной экстракции. Отдельно рассмотрим экстракцию комплексов без изменения химической формы вещества (простое физическое распределение. Типы экстракционных реакций и группы извлекаемых соединений приведены в табл.

Таблица Типы экстракционных реакций и группы извлекаемых соединений

Тип экстракции

Группа извлекаемых соединений

Простое физическое распределение Катионообменная экстракция   Анионообменная экстракция     Координационная экстракция

Координационно несольватированные комплексы Комплексы металлов с карбоновыми кислотами Внутрикомплексные соединения (хелаты) Координационно несольватированные ионные ассоциаты Комплексные кислоты и их соли, извлекаемые: - кислородсодержащими растворителями; - аминами, солями четвертичных аммониевых оснований; - металлоорганическими соединениями Координационно сольватированные нейтральные (смешанные) комплексы

Для того чтобы понять некоторые особенности экстракции различных комплексов, обосновать выбор необходимого экстрагента, установить связь между устойчивостью комплексов и их экстракцией, необходимо рассмотреть принцип мягких, жестких кислот и оснований Пирсона.

Экстракция по методу физического распределения

Координационно несольватированные нейтральные соединения

Использование правила фаз Гиббса в экстракции. Экстракцию обычно рассматривают как распределение растворенного вещества между двумя фазами. Поэтому, как и другие гетерогенные равновесия, экстракция подчиняется правилу фаз Гиббса

N + F = K + 2,

где F - число степеней свободы, т.е. число независимых переменных; N - число фаз; К - число компонентов.

Таким образом, число степеней свободы определяется числом компонентов и фаз в соответствии с уравнением F = 2 + К – N. Число компонентов определяется числом самостоятельно существующих химических соединений, без числа уравнений, показывающих, как эти соединения взаимодействуют между собой.

Процесс экстракции можно описать двухфазной химической реакцией. Как правило, такие реакции обратимы и к ним приложим закон действия масс. На основании этого закона появляется возможность расчета константы равновесия реакции экстракции, которая и представляет собой концентрационную константу экстракции.

Численное значение этой константы и будет соответствовать концентрационной константе экстракции (К_эк.). Необходимо отметить, что расчет численного значения константы экстракции возможен только тогда, когда известны состав экстрагирующегося соединения и формы существования исходных веществ.

Дата добавления: 2014-01-07