Если в систему из двух жидкостей, смешивающихся с ограниченной растворимостью и содержащую два равновесных слоя, ввести небольшое количество третьего компонента, то последний распределится между двумя слоями. При этом, если третье вещество имеет одну и ту же молекулярную массу в обоих слоях (оно не диссоциирует и не ассоциирует ни в одном из них), то оно распределится таким образом, что отношение его концентраций в обоих слоях будет постоянным при постоянной температуре.
K =
X2IX2II –
закон распределения Нернста,
где X2I и X2II – мольные доли третьего компонента в первой и второй жидкостях. Если распределяемое вещество имеет различные молекулярные массы в разных равновесных слоях, закон распределения Нернста выразится следующим уравнением:
K =
(X2I)nX2II,
здесь n показывает, во сколько раз молекулярная масса третьего вещества в жидкости
I меньше
(при n > 1) или больше
(при n < 1), чем в жидкости
II.
Закон распределения Нернста лежит в основе экстракционного метода извлечения вещества.
Экстракцией называется процесс извлечения растворенного вещества из раствора с помощью второго растворителя (
экстрагента), практически не смешивающегося с первым. Раствор извлеченного вещества в экстрагенте называется
экстрактом, а исходный раствор после извлечения из него вещества называется
рафинатом.
Для расчета эффективности жидкофазной экстракции используют следующее уравнение:
m
n = m
o KVoV + KVon,
где mo – исходная масса экстрагируемого вещества,
mn – масса экстрагируемого вещества, оставшаяся после
n-ой экстракции,
Vo – объем исходного раствора,
V – объем экстрагента для одной экстракции,
K = X2раф / X2экстр – константа распределения.
Задачи по теме:
- При 25°С константа распределения йода между водой и амиловым спиртом равна K = 0,00435. Сколько граммов йода останется в трех литрах водного раствора, содержащего 3,9 граммов йода, после двухкратной экстракции амиловым спиртом, если всего израсходовано 400 мл спирта?
Решение:
mn = mo KVoV + KVon = 3,9·0,00435·30,2 + 0,00435·32 = 0,0146 г.
Ответ: в рафинате останется 0,0146 г йода.
- Константа распределения йода между водой и сероуглеродом K = 0,0017. Один литр воды содержит 1 г йода. Вычислите количество йода, которое останется в исходном растворе, если:
- экстрагировать йод пятьюдесятью кубическими сантиметрами сероуглерода;
- экстрагировать йод пятью порциями сероуглерода по 10 см3 каждая.
Решение:
- mn = mo KVoV + KVon = 1·0,0017·10,05 + 0,0017·11 = 0,033 г.
Это количество йода останется в водном растворе после экстракции. Следовательно, в результате этой операции будет экстрагировано (1 – 0,033) = 0,967 г йода.
- mn = mo KVoV + KVon = 1·0,0017·10,01 + 0,0017·15 = 0,000065 г.
Следовательно, в результате пяти последовательных операций будет экстрагировано (1 – 0,000065) = 0,999935 г йода. Таким образом, в отличие от предыдущего опыта, при том же расходе экстрагента (50 см3) экстракция йода является практически полной.
Ответ: 1) mn = 0,033 г; 2) mn = 0,000065 г.