Работа 2.4. Определение коэффициента распределения третьего компонента между двумя жидкими фазами.

Цель работы: Определение коэффициента распределения третьего компонента между водой и органическим растворителем путем проведения жидкостной экстракции.

Целевые задачи: Проведение жидкостной экстракции третьего компонента из водного раствора органическим растворителем; титриметрическое определение концентрации третьего компонента в обеих фазах системы; расчет коэффициента распределения и степени ассоциации вещества в органическом растворителе; оценка экстракционной эффективности органического растворителя.

Если в систему из двух несмешивающихся жидкостей ввести небольшое количество третьего компонента, то после установления равновесия он окажется в обеих фазах, но в разном количестве. Для каждой температуры отношение концентраций третьего компонента в двух равновесных жидких фазах является величиной постоянной, независимо от этих концентраций (закон распределения Нернста):

где К - коэффициент распределения.

Закон распределения является теоретической основой жидкостной экстракции. Экстракцией из растворов называется извлечение и разделение компонентов раствора путем перевода их из одной жидкой фазы в другую, содержащую экстрагент. Основными условиями экстракции являются:

а) несмешиваемость экстрагента с исходным раствором,

б) отсутствие химического взаимодействия извлекаемого вещества с экстрагентом,

в) намного большая растворимость извлекаемого вещества в экстраген- те, чем в первоначальном растворителе.

Фаза, в которую после экстракции переходит извлекаемое вещество, называется экстрактом, а фаза, обедненная им - рафинатом.

Количественной характеристикой эффективности экстракции является коэффициент распределения. В данных методических указаниях выбрана такая система обозначений: С₁ - концентрация извлекаемого вещества в рафинате, С₂ - его концентрация в экстракте. При этом чем меньше значение коэффициента распределения, тем эффективнее экстрагент и тем больше степень извлечения третьего компонента. Она определяется как отношение массы извлекаемого вещества в экстракте к его массе, содержавшейся в исходном растворе до экстракции.

В ряде случаев при переходе третьего компонента через поверхность раздела фаз его средняя молярная масса изменяется вследствие ассоциации или диссоциации в одном из растворителей. В таких случаях уравнение закона распределения можно представить в виде

где n - показатель при данной температуре, обусловленный свойствами

всех трех компонентов системы, и представляющий собой отношение средних молярных масс третьего компонента в исходном растворителе и в экстрагенте. Например, если уксусная кислота в воде существует главным образом в виде отдельных молекул, а в бензоле - в виде ассоциатов из двух молекул (димеров), то:

Из методов определения К наиболее употребителен графический. Его принцип заключается в следующем. Уравнение (1) путем логарифмирования линеаризуется, т.е. преобразуется в уравнение прямой, не проходящей через начало координат:

lgC₁ = lgK + n lgC₂.

Затем по экспериментальным данным строится график зависимости lgC₁ от lgC₂, отсекающий от оси ординат отрезок, равный lgK. Тангенс угла наклона этого графика к оси абсцисс равен n. (подробнее об этом см. «Проведение опыта»).