9.2. Жидкость - жидкостная экстракция

Жидкость-жидкостная экстракция -метод разделения и кон­центрирования веществ, основанный на их различном распределении между двумя несмешивающимися жидкими фазами, обычно между водой и несмешивающимся с ней органическим растворителем.

Жидкая фаза (органический растворитель или их смесь), в кото­рую переходит вещество, например, из водной фазы называется экст- рагентом.Если экстракция обусловлена образованием новых химиче­ских соединений, то экстрагентом обычно называют реагент, при взаимодействии с которым образуется экстрагируемое соединение. Отделённая органическая фаза, содержащая вещество, экстрагирован­ное из водной фазы, называется экстрактом.Процесс обратного из­влечения вещества из экстракта в водную фазу называется реэкс- тракцией.Раствор, используемый для извлечения вещества из экс­тракта, называется реэкстрагентом.Отделённая водная фаза, которая содержит вещества, извлечённые из экстракта в результате реэкстрак- ции, называется реэкстрактом.

экстракция

H2O	Zn2+
CCl4	H2Dz (дитизон)
	экстрагент
	2+ Zn

Реэкстракт

экстракт

Zn(HDz)₂

Zn(HDz)2

Реэкстракция

9.2.1. Количественные характеристики экстракционного равновесия

Экстракционное равновесие описывается с помощью закона распределения Нернста.

При постоянной температуре третий компонент, добавленный к системе, состоящей из двух несмешивающихся или ограниченно смешивающихся жидкостей, распределяется между ними в опреде­лённом постоянном для данной температуры соотношении.

I

аз

—— = K - термодинамическая константа экстракции аз

На практике для описания экстракционного равновесия исполь­зуют:

• константа распределения (P₀),

• коэффициент распределения (D),

• степень однократной экстракции (R),

• константа экстракции (Ke_x).

Константа распределения -это отношение равновесной кон­центрации строго определённой формы вещества в органической фа­зе к равновесной концентрации этой же формы в водной фазе.

Коэффициент распределения -это отношение общей концен­трации всех форм существования экстрагируемого вещества в орга­нической фазе к общей концентрации всех его форм, находящихся в водной фазе.

Например, при экстракции слабой кислоты из водной фазы не­полярным органическим растворителем

+

водная фаза

4

HA(B) + H2O ^ A(B) + H3O

f

A

HA

(O)

(O)

органическая фаза

[HA] [HA]

[A ^- ]₍ [A ^-]

P0 (HA)

P0(A ^-)

D

[HA]о + [A ^- ]₍ [HA] в +[HA]

Степень однократной экстракции -доля вещества от его на­чального количества, экстрагируемая в фазу органического раство­рителя за одну экстракцию при данных условиях.

n,

n

• 100%

R

•100%

N

ⁿo +ⁿ в

Если в процессе экстракции протекает химическая реакция, то для характеристики экстракционного равновесия используют кон­станту экстракции. Например

[Zn(HDz)2]o[H+]² [Zn²+ ]в[H2Dz]²

^Kex =

Zn2+ +2H₂Dz_o ^ Zn(HDz)_2o +2H,

9.2.2. Экстракционные системы и экстрагенты

Все экстракционные системы можно разделить на 2 группы

В первом типе экстракционных систем разделение происходит в результате разности энергий сольватации и гидратации экстрагирую­щегося вещества. В органическую фазу переходят вещества, которые плохо гидратируются в водных растворах. Обычно это незаряженные соединения с крупными неполярными молекулами. Наличие гидро­фильных групп в молекуле вещества уменьшает его способность экст­рагироваться неполярным органическим растворителем, в то время как крупные углеводородные остатки увеличивают эту способность.

В гомологическом ряду с увеличением числа атомов углерода (n) способность вещества экстрагироваться неполярным растворите­лем повышается, причёмlgP₀ линейно зависит отn (рис. 9.1).

гидрофильная группа

гидрофобные углеводородные -—. остатки ^^ 'fOH

H

OH

Рис. 9.1.Изменение экстрагируемости в гомологическом ряду н-алканолов в системе хлороформ-вода

4 n

увеличение экстрагируемости

В основе реакционной экстракции лежит взаимодействие веще­ства с экстрагентом с образованием соединения, которое экстрагиру­ется лучше, чем исходное вещество. В зависимости от кислотно- основных свойств экстракционные реагенты обычно разделяют на