Extracție (chimică)

Extracția chimică înseamnă separarea uneia sau mai multor substanțe dintr-o matrice prin tratarea cu un solvent .

Termodinamica extracției

Potențialul chimic al substanței dizolvate este luat în considerare în cele două soluții , cea apoasă (aq) și cea organică (o):

$\mu _{o}=\mu _{o}^{\circ }+RT\;lna_{o}$ ${\ displaystyle \ mu _ {o} = \ mu _ {o} ^ {\ circ} + RT \; lna_ {o}}$ ${\ displaystyle \ mu _ {o} = \ mu _ {o} ^ {\ circ} + RT \; lna_ {o}}$
$\mu _{aq}=\mu _{aq}^{\circ }+RT\;lna_{aq}$ ${\ displaystyle \ mu _ {aq} = \ mu _ {aq} ^ {\ circ} + RT \; lna_ {aq}}$ ${\ displaystyle \ mu _ {aq} = \ mu _ {aq} ^ {\ circ} + RT \; lna_ {aq}}$

prin amestecarea celor două soluții, solutul va fi descompus până la atingerea echilibrului , deci potențialele vor fi egale:

\mu _{o}^{\circ }+RT\;lna_{o}=\mu _{aq}^{\circ }+RT\;lna_{aq}

{\ displaystyle \ mu _ {o} ^ {\ circ} + RT \; lna_ {o} = \ mu _ {aq} ^ {\ circ} + RT \; lna_ {aq}}

{\ displaystyle \ mu _ {o} ^ {\ circ} + RT \; lna_ {o} = \ mu _ {aq} ^ {\ circ} + RT \; lna_ {aq}}

din care obținem:

{\frac {\mu _{o}^{\circ }-\mu _{aq}^{\circ }}{RT}}=ln\;{\frac {a_{o}}{a_{aq}}}

{\ displaystyle {\ frac {\ mu _ {o} ^ {\ circ} - \ mu _ {aq} ^ {\ circ}} {RT}} = ln \; {\ frac {a_ {o}} {a_ {aq}}}}

{\ displaystyle {\ frac {\ mu _ {o} ^ {\ circ} - \ mu _ {aq} ^ {\ circ}} {RT}} = ln \; {\ frac {a_ {o}} {a_ {aq}}}}

relația dintre activități este deci:

{\frac {a_{o}}{a_{aq}}}=e^{\frac {\mu _{o}^{\circ }-\mu _{aq}^{\circ }}{RT}}

{\ displaystyle {\ frac {a_ {o}} {a_ {aq}}} = e ^ {\ frac {\ mu _ {o} ^ {\ circ} - \ mu _ {aq} ^ {\ circ}} {RT}}}

{\ displaystyle {\ frac {a_ {o}} {a_ {aq}}} = e ^ {\ frac {\ mu _ {o} ^ {\ circ} - \ mu _ {aq} ^ {\ circ}} {RT}}}

Acest raport, care depinde doar de temperatură , se numește coeficient de partiție (K _D ) și este o mărime termodinamică .

În cea mai obișnuită utilizare, extracția implică separarea unei molecule neutre dintr-o soluție apoasă către un mediu cu polaritate mult mai mică, în aceste condiții este posibil să se neglijeze coeficienții de activitate pentru care coeficientul de partiție poate fi înțeles ca raportul dintre concentrații molare:

K_{D}={\frac {[A]_{o}}{[A]_{aq}}}

{\ displaystyle K_ {D} = {\ frac {[A] _ {o}} {[A] _ {aq}}}}

{\ displaystyle K_ {D} = {\ frac {[A] _ {o}} {[A] _ {aq}}}}

Stoichiometrie de extracție

Coeficientul de partiție singur nu este suficient pentru a face calcule exacte asupra stoichiometriei unei extracții, este necesar un parametru care să ia în considerare echilibrele colaterale comune. Acest parametru este coeficientul de distribuție , definit ca raportul dintre concentrațiile analitice ale substanței dizolvate în cele două faze:

D={\frac {C_{o}}{C_{aq}}}

{\ displaystyle D = {\ frac {C_ {o}} {C_ {aq}}}}

{\ displaystyle D = {\ frac {C_ {o}} {C_ {aq}}}}

Eficiența extracției

Eficiența procentuală este definită de raportul dintre moli de solut extras și moli total:

\%_{E}={\frac {C_{o}\;V_{o}}{C_{o}\;V_{o}+C_{aq}\;V_{aq}}}

{\ displaystyle \% _ {E} = {\ frac {C_ {o} \; V_ {o}} {C_ {o} \; V_ {o} + C_ {aq} \; V_ {aq}}}}

{\ displaystyle \% _ {E} = {\ frac {C_ {o} \; V_ {o}} {C_ {o} \; V_ {o} + C_ {aq} \; V_ {aq}}}}

împărțind numărătorul și numitorul la C _aq V _sau obținem eficiența în raport cu coeficientul de distribuție:

\%_{E}={\frac {D}{D+{\frac {V_{aq}}{V_{o}}}}}

{\ displaystyle \% _ {E} = {\ frac {D} {D + {\ frac {V_ {aq}} {V_ {o}}}}}

{\ displaystyle \% _ {E} = {\ frac {D} {D + {\ frac {V_ {aq}} {V_ {o}}}}}

Extracții multiple

Se poate demonstra cu ușurință că cantitatea de substanță dizolvată care rămâne în soluție apoasă după n extracții este:

C_{aq,\;n}=C_{iniz}\left({\frac {V_{aq}}{DV_{o}+V_{aq}}}\right)^{n}

{\ displaystyle C_ {aq, \; n} = C_ {init} \ left ({\ frac {V_ {aq}} {DV_ {o} + V_ {aq}}} \ right) ^ {n}}

{\ displaystyle C_ {aq, \; n} = C_ {init} \ left ({\ frac {V_ {aq}} {DV_ {o} + V_ {aq}}} \ right) ^ {n}}

Prin urmare, este o practică obișnuită să se efectueze extracții multiple (de obicei 3-5) cu alicote mici de solvent, mai degrabă decât o singură extracție cu mult solvent.

Bibliografie

GD Christian, Piccin Chimie Analitică ISBN 88-299-0464-3
GH Morrison, H. Freiser Solvent Extraction in Analytical Chemistry J. Wiley & Sons, 1957

Elemente conexe

linkuri externe

( RO ) IUPAC Gold Book, „extragere cu solvent” , pe goldbook.iupac.org .

Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei