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, причём lgP₀ линейно зависит от n (рис. 9.1).

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

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

Влияние различных факторов на процесс экстракции

Основными факторами, влияющими на процесс экстракции, являются:

· природа экстрагируемого вещества и экстрагента,

· температура,

· рН,

· соотношение объёмов водной и органической фаз,

· методика проведения экстракции,

· присутствие электролитов в водной фазе.

РН

Величина рН влияет на экстракцию соединений, склонных к ионизации. Заряженные частицы гидратируются значительно лучше, чем нейтральные молекулы, а последние, в свою очередь, лучше сольватируются неполярными органическими растворителями. Поэтому, как правило, нейтральные молекулы экстрагируются значительно лучше, чем ионы.

Слабые кислоты

При рН < pK_a - 2 более 99% кислоты будет находиться в неионизированном состоянии (D ® P₀), поэтому при таких значениях рН кислота будет хорошо экстрагироваться неполярным растворителем. При рН > pK_a + 2 более 99% кислоты будет находиться в ионизированном состоянии. Эта область рН неблагоприятна для экстракции.

Слабые основания

Максимальная экстракция происходит при рН > pK_BH+ + 2, а при рН < pK_BH+ - 2 слабые основания будут плохо экстрагироваться неполярным растворителем.

Амфолиты

Экстракция амфолита максимальна в изоэлектрической точке.

Примеры зависимости коэффициентов распределения слабых кислот, оснований и амфолитов от рН показаны на рис. 9.2.

Рис. 9.2 Зависимость коэффициента распределения слабой кислоты (1), амфолита (2) и слабого основания (3) от рН

P_o(неионизированной формы) =100, P_o(ионизированной формы) » 0;

pK_a =7, pK_BH+ = 7; амфолит (pK_a =5, pK_BH+ = 9).

Объём экстрагента

При увеличении соотношения V_в/V_o степень однократной экстракции уменьшается. Например, для того чтобы при однократной экстракции экстрагировалось 99% вещества, имеющего D = 5, объём экстрагента должен быть приблизительно в 20 раз больше объёма водной фазы. Если их объёмы будут равными, величина R составит 83%.

Экстрагент можно добавлять не одномоментно, а в виде нескольких порций. В этом случае эффективность экстрагирования будет повышаться. Пусть к водной фазе добавлена первая порция экстрагента. После первой экстракции останется непроэкстрагированным

= =

После второй экстракции останется (1-R) от y, т.е. y². После n-экстракции yⁿ.

= R_n = 1 -

Для того чтобы экстрагировать 99% вещества, имеющего D = 5, из 10 мл водной фазы, необходимо провести 3 экстракции порциями экстрагента по 10 мл (т.е. затратить всего лишь 30 мл экстрагента, что в 6 раз меньше, чем при однократной экстракции).

Выбор приёма экстракции (однократная большим объёмом экстрагента или многократная малыми объёмами) зависит от конкретных условий. Если необходимо сэкономить экстрагент, то предпочтительнее второй вариант, если время (или важна хорошая воспроизводимость результатов), то первый.

Присутствие сильных электролитов

При добавлении к водной фазе больших количеств хорошо растворимых сильных электролитов растворимость веществ может уменьшаться (высаливание), иногда растворимость увеличивается (всаливание). При проведении экстракции в системах с высаливанием коэффициент распределения вещества увеличивается, в случае всаливания - уменьшается.