Лекция 3 Экстракционные методы разделения и концентрирования

1. Общая характеристика. Особенности экстракции как метода разделения и концентрирования. Преимущества и недостатки. Условия экстракции.

2. Основные законы и количественные характеристики экстракции.

3. Механизм экстракции. Концепция жестких и мягких кислот и оснований.

4. Скорость экстракции и факторы на нее влияющие.

5. Способы осуществления экстракции.

6. Классификация экстракционных процессов. Практическое использование экстракции.

6.1. Экстракционные методы разделения и концентрирования в фарманализе

1. Общая характеристика. Особенности экстракции как метода разделения и концентрирования. Преимущества и недостатки. Условия экстракции.

Современные экстракционные методы достаточно универсальны. С помощью экстракции можно разделять многокомпонентные системы, причем эффективнее и быстрее, чем это достигается другими методами. Экстракционные методы пригодны для абсолютного и относительного концентрирования, извлечения в экстракт микроэлементов или матрицы, индивидуального и группового выделения элементов. Области применения экстракции быстро расширяются: аналитическая химия, радиохимия, ядерную технология, технология цветных и редких металлов. Развитие экстракционных методов достигло такой ступени, что в настоящее время можно экстрагировать любой элемент или разделить любую пару элементов путем применения тех или иных экстракционных систем или выбора соответствующих условий экстракции.

Теория экстракции находится на стыке различных разделов химии: химической термодинамики, теории растворов, химической кинетики, органической химии и координационной химии. Для описания экстракционных процессов необходимо также использовать теорию массопереноса. Задача экстракции состоит в том, чтобы полно и селективно перевести компонент из водной фазы в органическую. Для этого необходимо подобрать условия подходящих соединений (например, комплексов металлов), в виде которых компонент может находиться в органической фазе.

СЛАЙД 2

Экстракция - метод, основанный на распределении растворённого вещества между двумя жидкими несмешивающимися фазами.

Экстракция – это физико – химический процесс распределения веществ между двумя несмешивающимися фазами.

Обычно в практике применяют системы, в которых одной фазой является водный раствор, а второй - органический растворитель.

Основными преимуществами экстракционного метода являются:

1. высокая избирательность и чистота разделения

2. возможность работы как с большими, так и с самыми малыми концентрациями

3. отсутствие загрязнений продуктов

4. легкость технологического и аппаратурного оформления, возможность осуществления непрерывного процесса и автоматизация

5. высокая производительность.

Основные понятия и термины

СЛАЙД 3

Экстрагент - соединение (обычно в органической фазе), ответственное за образование экстрагируемого соединения.

Разбавители - инертные органические растворители, та­кие, как хлороформ, тетрахлорид углерода, бензол, применяемые для улучшения физических и экстракционных свойств экстрагента.

Экстракт - органическая фаза, отделенная от водной фазы и содержащая экстрагированные соединения.

Реэкстракция - перевод вещества из органической фазы в водную, а раствор, используемый для реэкстракции — реэкстрагент.

Условия экстракции вещества:

1. Чтобы ион металла и другие заряженные частицы перешли в органическую фазу, необходимо нейтрализовать заряд. Ионы металла можно связать в незаряженный комплекс; комплексы, имеющие заряд, можно экстрагировать в виде ионных ассоциатов.

2. Экстракция возможна, если растворимость экстрагирующегося соединения в органическом растворителе выше, чем в воде; чем больше энергия сольватации и меньше энергия гидратации, тем выше степень извлечения.

3. Для того чтобы соединение было хорошо растворимо в органическом растворителе, необходимо обеспечить его гидрофобность, т.е. должны, как правило, отсутствовать гидрофильные группы (-S0₃H, -СООН, -ОН и др.) и внешняя органическая часть хелата должна быть достаточно объемистой и могла блокировать гидрофильную часть молекулы.

4. С увеличением размера молекул экстрагирующегося соединения степень извлечения обычно повышается, поскольку крупные молекулы сильнее нарушают структуру воды.

5. Экстракции способствует «сольватация» молекулами экстрагента. Например, экстракция ионов кадмия, кобальта и других двухзарядных ионов 8 - оксихинолином в хлороформе обеспечивается образованием сольватов состава Ме(Ох)₂nНОх.

6. При экстракции ионных ассоциатов важны заряд и размер ионов; экстракция ухудшается с увеличением заряда и уменьшением размера ионов. При прочих равных условиях обычно лучше экстрагируются однозарядные ионы, хуже - двух- и особенно трехзарядные.

7. В равных условиях более устойчивые комплексы экстрагируются лучше.