Экстракция

Экстракция 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, константа распределения Р, коэффициент распределения Е, степень извлечения R, фактор разделения S .

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

Авода↔Ар-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:

[Ар-тель]/[ Авода] = 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.

Метод экстр.очень прост и эффективен. В делительной воронке встряхивают исследуемы р-р с органическим растворителем и после расслоения жидкостей выливают их последовательно из воронки. С пом.этого метода можно извлекать ве-ва из очень разбавленных растворов.

При жидкостной экстракции происходит равновесное распределение компонентов между жидкостными фазами, которые не смешиваются, например. водной и органической. Экстракция неэлектролитов не сопровождается химическими реакциями и происходит по механизму физического распределения. Количественная характеристика этого процесса - коэффициент распределения σ, который рассчитывается по закону распределения Нернста. В случае экстракции электролитов, которые диссоциируют в водной фазе, возможно протекание реакций присоединения по сольватный или гидратно-сольватный механизмом катионного или анионного обмена, а также возможны различные комбинации этих процессов.

При этом между экстрагентом и веществом, экстрагируют, образуется относительно устойчивая связь (40-200 кДж / моль). Растворители, не сольватируют вещество, экстрагируется, или имеют небольшую способность к сольватации, принадлежат к инертным. Это бензол (С6H6), толуол (С6H5СH3), тетрахлорид углерода (ССl4), хлороформ (CHCl3), нитробензол (C6H5NO2), хлорбензол (C6H5Cl) и др.

Экстракцию по механизму физического распределения используют для предварительного концентрирования при определении органических соединений, растворенных в воде, при анализе природных и сточных вод, загрязненных нефтепродуктами и другими примесями органического происхождения.

Виды экстракций в аналитической химии

Классическим примером такого вида экстракции является получение йода из многих смесей. К активным экстрагентов относятся растворители, в молекулах которых содержится кислород: спирты (бутанол С4Н9ОН и др.), простые эфиры (диэтиловый эфир С2Н5ОС2Н5), кетоны (циклогексанон (CH2) 5СО, пентанон (С2Н5) 2СО, метилэтилкетон СН3СОС2Н5), эфиры (этилацетат СН3СООС2Н5, трибутилфосфат О = Р (ОС4Н9) 3, дибутилфосфат т.д.).

Эти растворители экстрагируют минеральные (HCl, HBr, HI, HNO3, HClO4, H2SO4), комплексные (HFeCl4, HInI4, HSbCl6) кислоты, гетерополикислоты мышьяка H3 [As (Mo3O10) 4], фосфора H3 [P (Mo3O10) 4], кремния H3Si (Mo3O10) 4, которые чаще всего используют в анализе для определения примесей As, P, Si. Соединения, в виде которых элементы переходят в слой органического растворителя, могут образовываться в процессе собственно экстракции активными растворителями за счет взаимодействия реагента, входит в состав органической фазы, с катионами металлов водной фазы.

Это хелатные соединения катионов металлов с различными органическими реагентами, которые имеют функционально-аналитические группировки с донорно активными атомами кислорода, серы, азота, например. β-дикетоны, оксимы, нитрозофенолы, азосочетания, ксантогенаты. Так, дифенилтиокарбазон (дитизон) используют в экстракционно-фотометрическом определении серебра, ртути, меди, свинца, цинка. Для определения многих катионов используют экстракцию ионных ассоциатов, которые являются солями, образованными крупными катионами и анионами. Ионные ассоциаты участвуют в процессе сольватации органическими растворителями и переходят в органическую фазу. К крупным катионов относятся катионы тетрафениларсоний (C6H5) 4As +, тетрафенилфосфоний (C6H5) 4P +, комплексные катионы щелочных, щелочноземельных и других металлов с макроциклическими лигандами (краун-эфирами). Большие однозарядные анионы неорганических кислот (ClO4-, ReO4- и др.) Образуют ионные ассоциаты с катионами тетрафениларсоний, комплексными катионами металлов. Количественное описание экстракционной равновесия электролитов основано на использовании закона действующих масс относительно каждого случая экстракции.

Знание уравнений экстракции позволяет выбрать условия добычи, распределения и концентрирования. В фармацевтическом анализе широко применяют экстракционно-фотометрический метод определения лекарственных препаратов, основанный на образовании ими ионных ассоциатов с различными реагентами, которые экстрагируют органическим растворителем. При этом в качестве реагентов для органических катионов часто используют красители кислотного характера, например. метиловый оранжевый, а для органических анионов красители основного характера, например, родамин.