Методы экстракции в исследовании равновесий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат на тему:

Методы экстракции в исследовании равновесий

Выполнила студентка 5го курса

Кекало Екатерина

Минск

Содержание:

 

Экстракция………………………………………………………….…..….3

1.   Распределение лиганда………………………………………….6

2.   Распределение комплексов металлов………………………….6

3.   Синергизм………………………………………………………..9

4.   Конкурирующие реакции ……………………………………..10

Список литературы………………………………………………….……11

Экстракция.

 

Экстракцией называют процесс распределения растворен­ного вещества между двумя несмешивающимися жидкими фа­зами и основанное на этом выделение и разделение веществ.

Процесс экстракции характеризуют следующими основными величинами;

константа экстракции К_екс — константа равновесия реакции экстракции;

константа распределения Р — отношение концентрации ве­щества в строго определенной форме в органической фазе к его концентрации в той же форме в водной фазе в условиях равно­весия;

коэффициент распределения Е — отношение аналитической (общей) концентрации вещества в органической фазе к его ана­литической концентрации в водной фазе (обычно в условиях равновесия);

степень извлечения R — доля экстрагированного в фазу орга­нического растворителя вещества от общего количества веще­ства при данных условиях в процентах;

фактор разделения S — отношение коэффициентов распреде­ления двух разделяемых элементов.

Разделение веществ методом экстракции основано на раз­личной растворимости их в несмешивающихся растворителях. Если какое-либо вещество способно растворяться (не диссоции­руя и не ассоциируя при этом) в двух несмешивающихся растворителях, например в воде и в каком-нибудь органическом растворителе, то оно распределяется между этими двумя растворителями и устанавливается равновесие:

А_вода↔А_р-тель

По закону распределения, если распределяемое вещество в обеих фазах находится в одной и той же форме, то концентра­ции его в этих фазах связаны зависимостью:

[А_р-тель]/[ А_вода] = E

где Е - коэффициент распределения.

Коэффициент распределения зависят от температуры, свойств вещества и свойств фаз. Зависимость коэффициента распределения от температуры может быть самой разнообразной. В одних случаях с повышением температуры коэффициент распределения увеличивается — экстрагирование улучшается, в других коэффициент распределения уменьшается — экстрагиро­вание ухудшается.

На экстракцию внутрикомплексных соединений оказывают влияние большие количества солей-электролитов, присутствую­щих в водной фазе. Влияние солей-электролитов на экстрацию внутрикомплексных соединений очень разнообразно — оно за­висит от реагента, природы экстрагируемого соединения, рас­творителя, природы соли.

Большое влияние, особенно на распределение органических комплексных соединений, оказывает кислотность среды.

В ряде случаев на экстракцию существенное влияние оказы­вает природа растворителя. На практике руководствуются в ос­новном следующим: а) растворитель по возможности не должен смешиваться с водой; б) плотность растворителя должна в до­статочной степени отличаться от плотности воды, так чтобы была четкой граница раздела между фазами; в) желательно, чтобы применяемые растворители имели не слишком низкую температуру кипения, так как интенсивное испарение раствори­теля мешает работе; г) растворитель должен быть в достаточно чистом виде.

К числу важных факторов, влияющих на экстракцию внутрикомплексных соединений, относится время контакта фаз. Практически во многих экстракционных системах равновесие достигается не мгновенно. Скорость экстракции зависит от ско­рости химических реакций, протекающих в системе, и от ско­рости массопередачи, т. е. переноса вещества между двумя фазами.

На скорость экстракции влияет также природа металла и реагента, условия экстракции. Изменение их может быть ис­пользовано для повышения избирательности экстракции. В ряде случаев различия в скорости экстракции элементов, присут­ствующих в смеси, настолько велики, что эти различия могут быть использованы для разделения элементов.

Применение экстракции для отделения определяемых ионов от ионов, мешающих определению, хорошо сочетается с физико-химическими (фотоколориметрическим, полярографическим и другими) методами определения отделенного иона в экстракте. В некоторых случаях такие определения могут быть проведены непосредственно в самом растворе после экстракции. Например, индий после экстракции его бензолом из раствора, содержащего родамин, может быть, определен в бензольном растворе по опти­ческой плотности при 530 нм. Тантал, извлеченный циклогексаноном из сернокислого раствора, предложено определять спектральным путем в остатке после испарения циклогексанона.

Нередко для дальнейшего определения применяют реэкстрагирование выделенного вещества из органической фазы. В боль­шинстве случаев это осуществляется взбалтыванием органической фазы с кислым раствором или раствором реагентов, разрушаю­щих комплексное соединение, в виде которого данный элемент выделен в органическую фазу. После реэкстрагирования эле­мент в водном растворе может быть определен полярографически или другим физико-химическим методом.

Экстрагирование проводят в делительных воронках, в этих воронках удобно отделять слои жидкостей.

В некоторых случаях, когда коэффициент распределения не­велик, экстракцию проводят несколько раз. При этом каждый раз определенная доля вещества извлекается из водного рас­твора. Порции экстрагента затем объединяют и анализируют.

В большинстве случаев для аналитических целей бывает достаточно 2—3 экстракций. В особо сложных случаях для раз­деления многих компонентов приходится применять многократ­ную противоточную экстракцию. Экстрагирование в сочетании с физико-химическими методами определения в настоящее время широко применяется в практике научно-исследовательских и заводских лабораторий. Применение экстракции позволяет извлекать вещества из очень разбавленных растворов, при этом экстрагируемое вещество количественно выделяется в чистом виде. Кроме того, экстракция дает возможность вы­делять и разделять вещества трудно или вовсе не разделяемые, другими методами.

Предложены способы экстракции большинства элементов и многих классов соединений. В качестве факторов, влияющих на процесс извлечения, широко используют комплексообразование и регулирование рН.

Варьирование условий экстракции открывает широкие воз­можности для аналитического применения ее с целью разделе­ния и отделения различных ионов друг от друга. Здесь указано несколько примеров влияния условий экстракции на ее ре­зультат:

а) алюминий может быть отделен от железа и титана экст­ракцией хлороформом оксихинолятных комплексов этих метал­лов (при рН = 5 в хлороформный слой экстрагируется только оксихинолят алюминия);

б) никель и кобальт могут быть отделены от всех других металлов экстракцией хлороформом их комплексов с α-бензоил-диоксимом в широком интервале рН;

в) медь от многих металлов может быть отделена экстрак­цией гексанолом при рН = 7 в виде комплекса с батокупроионом;

г) титан от железа и алюминия можно отделить экстракцией хлороформом при рН = 5,3 его комплекса с 8-оксихинальдином, от ниобия и -тантала - титан можно отделить экстракцией изоамиловым спиртом из раствора, содержащего тартрат аммония, купферонатного комплекса титана при рН = 5.

 

Распределение вещества между двумя несмешивающимися жидкостями можно использовать для исследования равновесий комплексообразования. Распределяющимся веществом может быть лнганд или металлсодержащее соединение. Требование, чтобы две жидкие фазы, одной из которых обычно бывает вода или водный раствор, не смешивались, нередко выполняется час­тично. Если взаимная растворимость двух жидкостей значи­тельна, то необходимо учитывать изменение среды и влияние этого изменения на константы комплексообразования. При изу­чении равновесий комплексообразования в водных растворах в качестве второй жидкости используют органический раствори­тель. Экстракцию соединений можно контролировать рядом мето­дов. Наиболее общим является использование радиоактивных изотопов. Этот метод позволяет работать с очень низкими кон­центрациями металлов, что позволяет изучать моноядерные комплексы таких металлов, для которых характерно образова­ние полиядерных комплексов.

Экспериментальная техника экстракции очень проста. Очень важно, чтобы обе жидкости были взаимно насыщены до экстрак­ции. Для оценки константы равновесия распределение вещества должно быть определено в зависимости от изменения концент­рации компонентов реакции экстракции. Каждое значение этой функции, т. е. каждая точка кривой распределения, определяется отдельным экспериментом. Недавно Рейнгард и Ридберг создали «прибор для непрерывного измерения экстракционных коэффициентов распределения». Этот прибор в настоящее время коммерчески доступен под наименованием AKUFVE — название прибора — начальные буквы слов, составляющих приведенную выше фразу в кавычках на шведском языке.

Прибор является одним из тех, который обладает исключительно боль­шими возможностями для изучения равновесий комплексообразования, можно сказать, что создание автоматической аппара­туры для исследования экстракции представляет собой очень важное достижение.

Число работ по различным аспектам применения экстракции в химии растворов огромно, но здесь можно напомнить только о некоторых классических и наиболее важных.