Коэффициент распределения вещества в двух несмешивающихся растворителях. Экстракция.

В смеси двух чистых жидкостей, нерастворимых или ограниченно растворимых одна в другой, образуются два слоя, которые являются в первом случае чистыми компонентами, а во втором случае – растворами обоих компонентов различного состава. Если в такую систему добавить третье вещество, растворимое в обеих жидкостях, то после достижения равновесия этот третий компонент распределится между обоими слоями, образуя растворы различной концентрации.

Условием равновесия вещества, распределенного между двумя фазами, является равенство его химических потенциалов в обеих фазах :

₃^о +RT ln N₃ = ₃^o + RT ln N₃

(для идеальных растворов третьего вещества)

ln = = f (T) = const при T = const

= К_расп = f (T) (1)

f (T) – константа распределения – зависит от Т.

Когда растворы третьего компонента являются неидеальными :

= К_расп (2)

В предельно разбавленных растворах сохраняет свое значение уравнение (1); кроме того, коэффициент распределения может быть также выражен через молярность : = К_расп (3)

Соотношение (3) было впервые найдено Бертло и Юнгфлейшем (1872).

При введении достаточного количества растворенного вещества в двухслойную систему получаются два равновесных насыщенных раствора. Насыщение обоих слоев наступает одновременно, т.к. равные между собой химические потенциалы растворенного вещества в обоих растворителях одновременно делаются равными химическому потенциалу чистого растворяемого вещества.

Закон Генри Р_i = kN_i , описывающий распределение веществ в системе газообразная фаза – жидкая фаза, можно рассматривать как частный случай более общего закона распределения – закона Генри-Дальтона, найденного на основе равенства химических потенциалов вещества в двух различных фазах : распределение каждого из растворенных веществ между двумя фазами определяется индивидуальным коэффициентом распределения, величина которого не зависит от присутствия других веществ. Закон справедлив для разбавленных растворов.

Из закона распределения вытекает, что вещество, растворенное в одном растворителе, можно извлечь из раствора, добавляя к нему второй растворитель, не смешивающийся с первым. Такое извлечение растворенного вещества из раствора называется экстракцией.

Экстракция будет тем эффективнее, чем значительнее коэффициент распределения отличается от 1 в пользу второго растворителя. Так, многие органические вещества легко и практически полностью удаляются из водных растворов эфиром и др. органическими растворителями.

К_расп экстрагируемого вещества можно изменять, добавляя в систему некоторые вещества. Пример : органические кислоты и соли органических кислот в воде диссоциированы, в эфире же растворимы лишь недиссоциированные молекулы  надо понизить степень диссоциации органических кислот и солей в воде; с этой целью в воду добавляется сильная кислота или основание, и распределение сдвигается в сторону эфира. Добавление нейтральных веществ, например солей, также часто повышает активность органического соединения, растворенного в воде (эффект высаливания) и способствует его извлечению эфиром.

Расчет показывает, что вещество извлекается полнее, если имеющийся запас экстрагирующей жидкости использовать не сразу, а разделить на несколько частей для повторных экстракций.

Лекция 15

Растворимость газов в жидкостях. Растворимость твердых веществ в жидкостях.