Экстракция из растворов

Экстракция из растворов называется извлечением растворенного вещества из исходного раствора с помощью растворителя, не смешивающегося с растворителем исходного раствора.

Примером экстракции является извлечение жира из рыбы (водный раствор) бензином или гексаном (неполярные растворители).

Эффективность различных способов экстракции можно рассчитать, воспользовавшись законом распределения.

Если экстрагируемое вещество обладает одинаковой величиной частиц в обоих растворителях и не вступает с ними в химическое взаимодействие, то, пользуясь формулой (2.1.1), можно рассчитать количество этого вещества, извлекаемого в серии экстракций.

При этом необходимо обращать внимание на зависимость коэффициента распределения от концентраций третьего компонента в двух несмешивающихся растворителях. Так, может быть коэффициент распределения между эфиром и водой и коэффициент распределения между водой и эфиром.

Допустим, мы определяем коэффициент распределения кислоты между водой (С₁) и эфиром (С₂):

К= С_{1 /} С₂ (2.1.1.)

Пусть раствор уксусной кислоты (рис. 2.2.1.) объемом V₁ (л), содержащий g_o граммов уксусной кислоты (экстрагируемого вещества) обрабатывается эфиром, объемом V₂ (л). Количество уксусной кислоты, оставшейся в водном растворе после однократной экстракции, примем равным g₁ граммов.

Выразим концентрацию кислоты в водном слое (С₁) после экстракции:

С = g₁\ V₁ (г\л) (2.2.1)

Концентрация кислоты в эфирном слое (С₂) после экстракций может быть определена по формуле:

С₂ = g_э/V₂ = g_o – g₁\V₂ (2.2.2.)

где g_э – количество проэкстрагированной эфиром кислоты, определяемое как разность между исходным количеством кислоты в водном слое (g_o) и количеством кислоты, оставшейся в водном слое (g₁) (рис. 2.2.1)

эфир (V_{2) +} g_э г кислоты; С₂

Вода (V₁) + g_о г кислоты (до экстракции); С_о Вода (V₁) + g₁ г кислоты (после экстракции); С₁

Рис. 2.2.1.

Подставив значения С₁ и С₂ в формулу коэффициента распределения (2.1.1), можно определить количество вещества (g₁), оставшегося в воде после первой экстракции:

К = g₁ · V₂ / V₁(g_о – g₁) (2.2.3)

КV₁(g_о – g₁) = g₁ · V₂

КV₁g_о - К V₁ g₁ = g₁ · V₂

КV₁g_о = К V₁ g₁ + g₁ · V₂ = g₁ (КV₁ + V₂)

g₁ = g_о К V₁/ К V₁ + V₂ (2.2.4)

Подобные расчеты дают возможность определить количество вещества (g_n), остающееся в исходном растворе после n экстракций:

g_n = g_о(К V₁/ К V₁ + V₂)ⁿ (2.2.5)

Так как К V₁/ К V₁ + V₂ < 1, то из соотношения (2.2.5) следует чем больше n, то есть число экстракций, тем меньше количество вещества, оставшегося в исходном растворе.

Для определения количества экстракций (n), необходимых для заданной полноты извлечения экстрагируемого вещества, прологарифмируем уравнение (2.2.5):

lg g_n = lg g_o + n lg К V₁/ К V₁ + V₂ (2.2.6)

Отсюда:

n= lg g_o - lg g_o\ lg К V₁/ К V₁ + V₂ (2.2.7)

Количество проэкстрагированного вещества после первой экстракции определяют по формуле:

g_э = g_o(1- К V₁/ К V₁ + V₂) (2.2.8)

Количество проэкстрагированного вещества после «n» экстракций определяют по формуле:

g_э = g_o[1- (К V₁/ К V₁ + V₂)ⁿ ] (2.2.9)

Дата добавления: 2015-08-18