Substancje - Notatki - Chemia - Część 4, Notatki'z Chemia. University of Podlasie in Siedlce
hannibal00
hannibal008 March 2013

Substancje - Notatki - Chemia - Część 4, Notatki'z Chemia. University of Podlasie in Siedlce

PDF (410.8 KB)
10 strona
417Liczba odwiedzin
Opis
Notatki dotyczące tematów z dziedziny chemii: substancje; topnienie i krzepnięcie, dyfuzja, osmoza.
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 10
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.

Jeżeli rozpoczynamy destylacje mieszaniny cieczy mogących tworzyć azeotrop, to w sytuacji

cieczy dających dodatnie odchylenie od prawa Raoulta (maksimum prężności pary nasyconej

i minimum temperatury wrzenia dla mieszaniny azeotropowej, jak na diagramie poniżej) nad

roztworem występuje zawsze para o składzie warunkującym najwyższa prężność w danych

warunkach, czyli para o składzie azeotropowym i destylat ma taki skład aż do czasu, gdy w

kolbie destylacyjnej pozostanie tylko składnik będący w nadmiarze w stosunku do składu

azeotropowego. Można więc powiedzieć, że roztwór zachowuje się tak, jakby składał się z

azeotropu i drugiego składnika (A lub B, w zależności po której stronie punktu Az znajduje

się skład naszego roztworu).

W przypadku ujemnego odchylenia od prawa Raoulta (istnienie minimum prężności dla

azeotropu i maksimum temperatury wrzenia) najpierw oddestyluje składnik będący w

nadmiarze względem składu azeotropowego a później azeotrop.

Najczęściej spotykanym przykładem mieszaniny azeotropowej jest mieszanina alkoholu

etylowego i wody, a najczęstszym przypadkiem destylacja rozcieńczonego alkoholu,

otrzymanego poprzez fermentację. Mieszanina ta wykazuje minimum temperatury wrzenia

(odchylenie dodatnie) co powoduje że w pierwszym etapie destyluje azeotrop z zawartością

wody około 4% a w kolbie pozostaje woda. Otrzymanie czystego, bezwodnego alkoholu

etylowego poprzez prostą destylacje jest niemożliwe. W celu otrzymania bezwodnego etanolu

do układu dodaje się trzeciego składnika, który tworzy nowa mieszaninę azeotropową i

dopiero wtedy jednym z produktów procesu destylacji może być bezwodny alkohol etylowy.

docsity.com

Tym trzecim składnikiem jest najczęściej benzen. Jeżeli bezwodny alkohol został

zanieczyszczony wodą (np. do stężenia 98% alkoholu), to można przeprowadzić jego

oczyszczenie poprzez destylacje, bowiem teraz alkohol jest w nadmiarze w stosunku do

składu azeotropu. W pierwszej chwili będzie destylować azeotrop (96% etanol) aż do

usunięcia całej ilości wody, zaś w kolbie destylacyjnej pozostanie czysty etanol. Wydajność

takiego czyszczenia nie jest jednak zbyt imponująca, w naszym przykładzie połowa alkoholu i

tak przedestyluje jako azeotrop.

Techniki destylacji:

Prostą destylację przeprowadzamy łącząc kolbę destylacyjną bezpośrednio z chłodnicą, którą

dla cieczy niskowrzących chłodzimy wodą, dla cieczy wrzących powyżej 100° C powietrzem.

Przy destylacji frakcyjnej, rozdzielając ciecze o niewielkiej różnicy temperatur wrzenia

stosujemy kolumnę rektyfikacyjna lub tzw. deflegmator.

Schemat prostego zestawu do destylacji

Substancje wysokowrzące (temp. wrzenia pod ciśnieniem normalnym powyżej 200°)

najczęściej wymagają specjalnych technik destylacji. Wysoka temperatura konieczna do

destylacji pod normalnym ciśnieniem jest trudna technicznie do osiągnięcia, szczególnie, że

ogrzać trzeba nie tylko kolbę destylacyjna ale także cała drogę aż do chłodnicy, co jest

docsity.com

szczególnie trudne. Ponadto wiele związków chemicznych w wysokich temperaturach ulega

destrukcji. Aby uniknąć konieczności stosowania wysokiej temperatury dla destylacji stosuje

się destylację pod zmniejszonym ciśnieniem. Ponieważ wrzenie cieczy następuje w momencie

zrównania prężności cieczy z ciśnieniem zewnętrznym (nad cieczą), zamiast wysoką

temperaturą doprowadzać do tego zrównania czynimy to zmniejszając ciśnienie nad cieczą.

Cała przestrzeń destylacji (kolba, chłodnica, odbieralnik) zostają zamknięta i z przestrzeni tej

pompą próżniową odpompowujemy powietrze. Najczęściej doprowadzamy do ciśnienia nad

destylowaną cieczą wielkości 10 - 15 mm Hg. Taki spadek ciśnienia powoduje obniżenie

temperatury wrzenia nawet o 100 - 150°. Aby nie doprowadzić do przegrzania destylowanej

cieczy i mieć możliwość regulowania ciśnienia wewnątrz układu najczęściej cały układ łączy

się z otoczeniem przez cienką kapilarę, której jeden koniec zanurzony jest w destylowanej

cieczy. Przekrój kapilary tak się dobiera by pozwalał na uzyskanie żądanej obniżki ciśnienia,

a wchodzące do przestrzeni destylacji powietrze powodowało łagodne mieszanie cieczy

wydostającymi się z kapilary pęcherzykami powietrza.

Ciecze wysokowrzące nie rozpuszczalne w wodzie i nie reagujące z nią można destylować

techniką destylacji z parą wodną. Polega ona na tym, że przez ciecz przepuszczamy

wytwarzana w osobnym naczyniu parę wodna. Sumaryczna prężność pary wodnej i

destylowanej cieczy powoduje, że ciecz zaczyna wrzeć (parować całą objętością) w znacznie

niższej temperaturze. W odbieralniku skrapla się i destylowana ciecz i woda, która później

oddzielamy - stąd między innymi warunek nierozpuszczalności substancji destylowanej w

wodzie

Topnienie i krzepnięcie

Ściśle określona temperatura przejścia ze stanu stałego w ciekły (a także odwrotnie)

charakteryzuje większość substancji krystalicznych, czyli takich, które tworzą ciało stałe o

uporządkowanej strukturze cząsteczek, atomów lub jonów. Ogrzewanie substancji

krystalicznej prowadzi do zwiększenia średniej energii cząsteczek, a ze względu na siły

wiążące te cząsteczki w strukturę kryształu, energia ta zamienia się na energię drgania

cząsteczek w strukturze kryształu. Ze względu na silne powiązania między wszystkimi

cząsteczkami tworzącymi kryształ, co sprzyja niwelowaniu dużych różnic w energii

poszczególnych cząsteczek, różnice te są stosunkowo niewielkie i w momencie uzyskania

energii przewyższającej siły wiązań krystalicznych następuje w krótkim czasie (w niewielkim

przedziale temperatur, najczęściej 1-2 stopni) zerwanie wszystkich wiązań sieci krystalicznej i

przejście w postać ciekłą. Jeżeli proces topnienia substancji krystalicznej nie spowodował

zmian jej właściwości, ochładzana ciecz zacznie krzepnąć i przechodzić w postać krystaliczna

w tej samej temperaturze w jakiej topniała (temperatura topnienia = temperatura krzepnięcia).

Krzepnięcie polega bowiem na odtwarzaniu powiązań krystalicznych między cząsteczkami w

momencie uzyskania przez nie na tyle niskiej energii translacyjnej, by siły oddziaływań

docsity.com

cząsteczkowych mogły jej się skutecznie przeciwstawić i ponownie stworzyć sieć wiązań

krystalicznych.

Ze względu na stałość temperatury topnienia jest ona ważnym parametrem identyfikacyjnym

substancji. Oznaczenie wartości temperatury topnienia odbywa się poprzez obserwację pod

mikroskopem kryształków substancji ogrzewanych na specjalnym stoliku (przyrząd Bötiusa).

W tych warunkach bardzo łatwo zaobserwować pierwsze objawy topnienia (początek zakresu

temp. top.) jak i również stwierdzić kiedy proces topnienia się zakończył. Ważne jest, by

proces ogrzewania, szczególnie w końcowym okresie, tuż przed osiągnięciem wartości

temperatury topnienia, był na tyle powolny, by cały kryształ (wszystkie cząsteczki je

tworzące, także te położone w głębi kryształu) mogły jednocześnie osiągnąć tę samą

temperaturę. Oznacza to zazwyczaj szybkość ogrzewania w tym etapie rzędu 0,5 - 0,1 stopnia

na minutę.

Mniej dokładne oznaczenie temperatury topnienia można przeprowadzić ogrzewając w

kąpieli olejowej cienką kapilarę szklaną wypełnioną sproszkowaną substancją. W chwili

topnienia zawartość kapilary staje się przezroczysta.

Badanie temperatury topnienia może być także dobrym sposobem na określenie czystości

badanej substancji. Jeżeli oznaczona temperatura topnienia jest o parę stopni niższa niż podaje

to literatura, a w dodatku jej zakres jest szerszy (3-5 stopni zamiast 1-2) to świadczy to o

zanieczyszczeniu jej inną substancją (patrz prawo Raoulta).

Krystalizacja z roztworu

Jeżeli substancją rozpuszczoną w roztworze jest ciało mogące tworzyć kryształy, to siły

zdolne powiązać zdyspergowane cząsteczki w sieć krystaliczną zamanifestują się wówczas,

gdy odległości między cząsteczkami substancji rozpuszczonej i energia translacyjna

cząsteczek, tak substancji rozpuszczonej jak i rozpuszczalnika, będą tego rzędu, że siły te

będą zdolne utworzyć stabilne struktury krystaliczne, nie rozpadające się pod wpływem

zderzeń z cząsteczkami rozpuszczalnika. Można zatem powiedzieć, że substancja

rozpuszczona wypada z roztworu w postaci krystalicznej wtedy, gdy roztwór osiągnie

temperaturę nasycenia, poniżej której musiałby istnieć roztwór przesycony. A ponieważ jest

to stan ze względów energetycznych nietrwały, z roztworu wypadną kryształy substancji

rozpuszczonej w takiej ilości, by pozostały roztwór był roztworem nasyconym.

Proces krystalizacji z roztworu jest często wykorzystywany do oczyszczania substancji z

niewielkich ilości zanieczyszczeń. W tym celu zanieczyszczona substancje rozpuszcza się na

ciepło w odpowiednim rozpuszczalniku, często już na tym etapie pozbywając się części

nierozpuszczalnych zanieczyszczeń. Roztwór sączy się i pozostawia do powolnego

ochłodzenia. W momencie dojścia do temperatury nasycenia rozpoczyna się proces

docsity.com

krystalizacji. Z roztworu wypadają kryształki czystej substancji, zaś zanieczyszczenia,

których stężenia są o wiele mniejsze niż oczyszczanej substancji, pozostają w roztworze (nie

osiągnęły bowiem jeszcze stopnia nasycenia). Oczywiście ochładzania nie można prowadzić

do zbyt niskiej temperatury, bo spowodowałoby to wykrystalizowanie również

zanieczyszczeń. Odsączając w odpowiednim momencie czyste kryształy (i godząc się na

utratę także części oczyszczanej substancji) i przemywając je czystym rozpuszczalnikiem a

następnie susząc, otrzymujemy substancję o czystości bliskiej 100%. Minimalne ilości

zanieczyszczeń, mimo procesu frakcjonowanej krystalizacji, mogą w kryształkach pozostać

jako wynik tzw. okluzji, czyli zamykania cząsteczek zanieczyszczeń w sieci krystalicznej

wypadających kryształów. Jeżeli zależy nam na większej czystości (kosztem mniejszej

wydajności krystalizacji) proces krystalizacji możemy powtórzyć, możemy go tez

zmodyfikować używając innego rozpuszczalnika. Dla dobrej wydajności powinniśmy tak

dobrać rozpuszczalnik, by dobrze rozpuszczał na gorąco substancje oczyszczaną i

zanieczyszczenia, a rozpuszczalność na zimno dla substancji powinna być niska zaś dla

zanieczyszczeń dość wysoka. Ponadto dobrze, by rozpuszczalnik był w miarę lotny, co

ułatwia osuszanie oczyszczonych kryształów.

Suszenie

Wiele substancji chemicznych ma na tyle silne powinowactwo do wody, że jeśli zostało

oczyszczone przez krystalizację z wodnego roztworu (co zdarza się nader często) lub miały

przez dłuższy czas kontakt z powietrzem atmosferycznym, to zaadsorbowały pewna ilość

wilgoci, często dochodząca nawet do 2-3% swojej masy. Związki silnie higroskopijne (np.

KBr, sole bezwodne) chłoną wilgoć szczególnie łatwo i w dużych ilościach a czasem nawet

reagując z nią chemicznie (tlenek fosforu P2O5). Silne powinowactwo do wody jednych

związków wykorzystujemy do suszenia innych. Jeżeli do zamkniętego naczynia zwanego

eksykatorem, wstawimy dwa inne - jedno zawierające suszoną substancję i drugie wypełnione

substancją silnie higroskopijną (stężonym kwasem siarkowym, P2O5, żelem krzemionkowy,

bezwodnym chlorkiem wapnia itp.) to niska prężność pary nad substancją higroskopijną

spowoduje, poprzez zjawisko dyfuzji, obniżenie prężności pary wodnej w całym eksykatorze.

Na to "nie zgodzi się" substancja suszona, dla której równowagowa prężność jest znacznie

wyższa. Nastąpi proces przejścia zaadsorbowanej wody do atmosfery eksykatora. Podniesiona

tym sposobem prężność pary w eksykatorze, a więc i nad naczyniem ze środkiem suszącym,

spowoduje z kolei, że ów pochłonie nadmiar pary wodnej aż do uzyskania nad swą

powierzchnią niższej, charakterystycznej dla siebie prężności. To znów spowoduje spadek

prężności poniżej równowagowej dla suszonej substancji, która odparuje ... i tak aż prężność

nad suszoną substancją i środkiem suszącym się zrównają. Nastąpi to wówczas, gdy stężenie

wody w suszonej substancji będzie odpowiednio małe. Dobierając odpowiedni środek suszący

docsity.com

do suszonej substancji można uzyskać praktycznie całkowite pozbycie się wilgoci z

suszonego materiału.

Dyfuzja

Dyfuzja jest procesem samorzutnym, nieodwracalnym, powodującym wyrównywanie

stężenia w całym roztworze. Wszyscy znamy to zjawisko z codziennego życia - herbata

posłodzona i nie pomieszana i tak po jakimś czasie będzie słodka w całej objętości. Na

zjawisko to można spojrzeć dwojako - pamiętając o ogólnej regule, że jeśli tylko to możliwe,

to wszystkie układy materialne w przyrodzie zmierzają do zwiększenia entropii, nie jesteśmy

zaskoczeni, że "nieuporządkowany" układ, w którym na dnie roztworu jest większe stężenie

(C, więcej cząsteczek substancji rozpuszczonej) niż w warstwie cieczy powyżej (Co)

samorzutnie będzie wyrównywał stężenia, czyli zwiększał entropię. Możemy popatrzeć na to

w sposób czysto zjawiskowy (jeśli do kogoś nie przemawia reguła zwiększania entropii) -

cząsteczki znajdujące się w głębi roztworu o stężeniu miejscowym C zderzając się z innymi

cząsteczkami doznają tyle samo zderzeń z każdego kierunku i poruszają się bezwładnie w

obrębie tej warstwy cieczy. Cząsteczki będące na granicy warstwy o większym stężeniu i

znajdującej się nad nią warstwy o stężeniu niższym spotyka więcej uderzeń w kierunku "do

góry", więc statystycznie więcej jest przesunięć w tym kierunku niż w innych, a także droga

do następnego zderzenia jest dłuższa. Wypadkowa kierunku przesuwania się cząsteczek

substancji rozpuszczonej jest zatem w kierunku niższego stężenia. Po jakimś czasie

doprowadza to do wyrównania ilości cząsteczek w każdym elemencie roztworu. Możemy

uznać, że wtedy następuje stan równowagi dynamicznej - dyfuzja w każdym kierunku jest

jednakowa, zatem makroskopowo nie obserwujemy żadnych zmian w rozmieszczeniu

cząsteczek w roztworze.

Dyfuzję przyspiesza wzrost temperatury (szybsze ruchy translacyjne cząsteczek) i

zwiększenie różnicy stężeń (C - Co; tzw. gradientu stężenia) - na początku zjawisko przebiega

szybciej niż w momencie bliskim wyrównania stężeń. Szybkość dyfuzji określa prawo Ficka:

docsity.com

gdzie dm/dt to szybkość dyfuzji określana jako ilość (masa) substancji, która przepływa

przez jednostkę powierzchni rozdzielającej warstwy odległe od siebie o dx i różniące się

stężeniem o dc w czasie dt; dc/dx nazywa się gradientem stężenia, A - powierzchnia

zetknięcia się warstw o różnych stężeniach, D - współczynnik dyfuzji.

Osmoza

Jeżeli dwa roztwory o różnych stężeniach przedzielimy błona półprzepuszczalną, to po

pewnym czasie zauważymy zjawisko samorzutnego wyrównywania stężeń po obu stronach

błony. Zjawisko to, dość podobne do omówionej wyżej dyfuzji, głównie wywołane jest

zasadą przebiegu zjawisk samorzutnych w kierunku wzrostu entropii. Obecność błony

półprzepuszczalnej wprowadza tu jednak pewne nowe elementy. Błoną półprzepuszczalną

nazywamy każdą przegrodę, przez którą (dzięki porowatej budowie) mogą przenikać drobne

cząsteczki np. rozpuszczalnika, nie przenikają natomiast cząsteczki duże, np. białka czy

cząstki koloidalne. Błona półprzepuszczalna fizycznie najczęściej jest błoną, ale również

może to być przegroda ze szkła porowatego czy inna struktura ceramiczna - ważna jest nie

tyle grubość przegrody co jej funkcja.

Na błonę, od strony czystego rozpuszczalnika działa ciśnienie, wynikające z różnicy między

wypadkową ilością zderzeń cząsteczek cieczy ze strony rozpuszczalnika i ze strony roztworu.

Ponieważ w roztworze część małych cząsteczek rozpuszczalnika zostało zastąpionych dużymi

cząsteczkami substancji rozpuszczonej, parcie na błonę, a tym samym i ciśnienie, od strony

roztworu jest słabsze. Większa ilość zderzeń cząsteczek rozpuszczalnika ze strony czystego

rozpuszczalnika w stosunku do ilości zderzeń cząsteczek rozpuszczalnika od strony roztworu

powoduje, że ilość cząsteczek przechodzących przez błonę z rozpuszczalnika do roztworu jest

większa niż ilość przechodząca od roztworu do rozpuszczalnika. Oznacza to, że ilość

rozpuszczalnika w roztworze rośnie, roztwór zwiększa swoja objętość i maleje jego stężenie.

Proces ten trwa do czasu, gdy ciśnienie hydrostatyczne, zwiększone po stronie roztworu w

skutek zwiększenia się jego objętości, zrównoważy ciśnienie osmotyczne ze strony czystego

rozpuszczalnika. Jeżeli objętość roztworu lub kształt naczynia (szeroka podstawa) praktycznie

nie dopuszcza do wzrostu ciśnienia hydrostatycznego proces będzie trwał aż do całkowitego

przejścia rozpuszczalnika do roztworu.

Ciśnienie osmotyczne opisuje równanie van't Hoffa:

docsity.com

które mówi, że ciśnienie osmotyczne  jest wprost proporcjonalne do stężenia molowego c i

temperatury bezwzględnej T, a współczynnikiem proporcjonalności jest stała gazowa R.

Wielkość ciśnienia hydrostatycznego dla roztworów o stężeniu 0,1 mola/dm 3 wynosi w

temperaturze pokojowej około 2,5 atm, proces przenikania rozpuszczalnika zahamuje więc

dopiero słup cieczy wysokości 25 metrów !!

Zahamować przechodzenie rozpuszczalnika przez błonę możemy też w inny sposób.

Wystarczy dodać do rozpuszczalnika taką ilość dowolnej substancji, by stężenie nowego

roztworu było równe stężeniu roztworu po drugiej stronie. Otrzymamy wówczas tzw. roztwór

izotoniczny z pierwszym. Nazwa izotoniczny oznacza, że wywiera on identyczne ciśnienie

osmotyczne. Izotoniczność roztworu ma olbrzymie znaczenie przy sporządzaniu tzw. płynów

infuzyjnych, czyli takich, które podaje się pacjentowi bezpośrednio do krwioobiegu, by np.

uzupełnić chwilowo ubytek krwi na skutek krwotoku. Jeżeli podany płyn infuzyjny nie byłby

izotoniczny z krwią spowodowałby albo hemolizę (rozerwanie krwinek przez wniknięcie do

wnętrza komórki dużej ilości wody - płyn hypotoniczny) albo obkurczenie krwinek (woda z

wnętrza komórki próbowała by rozcieńczyć płyn infuzyjny o zbyt dużym stężeniu -

hypertoniczny). W organizmach żywych występują receptory czułe na ciśnienie osmotyczne

płynów ustrojowych, powodujące uczucie pragnienia gdy ciśnienie osmotyczne rośnie i

uruchamiające mechanizm wydalania nadmiaru wody z organizmu gdy nadmiernie spada.

Zjawisko osmozy można również zastosować do pomiarów masy cząsteczkowej,

wykorzystując zależność ciśnienia osmotycznego od stężenia molowego, co pozwala obliczyć

masę cząsteczkowa gdy znamy stężenie procentowe roztworu i wielkość jego ciśnienia

osmotycznego.

Zarówno przy ustalaniu składu roztworu izotonicznego jak i przy pomiarach masy

cząsteczkowej tą metodą należy pamiętać, że jak w wielu przypadkach, stężenie c musi być

stężeniem "rzeczywistym" a nie formalnym. Stąd tzw. fizjologiczny roztwór NaCl (0,9%),

izotoniczny z krwią choć formalnie jest roztworem 0,15 molowym, w rzeczywistości

zachowuje się jak roztwór 0,3 molowy (jest izotoniczny z np. 0,3 molowym roztworem

glukozy) bowiem NaCl dysocjuje na dwa jony, stąd "rzeczywiste" stężenie jest dwa razy

większe niż formalne.

Ekstrakcja

Proces ekstrakcji polega na przeprowadzeniu substancji (jednej lub kilku) ze środowiska A

do środowiska B. Znamy ten proces z codziennego życia - proces zaparzanie herbaty lub

kawy jest w dużej mierze procesem ekstrakcji. W przemyśle farmaceutycznym i

kosmetycznym, a także spożywczym, ekstrakcję stosuje się często w celu wyizolowania

docsity.com

substancji występujących w przyrodzie bądź otrzymania ich w "wygodniejszym"

rozpuszczalniku albo w większym stężeniu.

Podstawowym prawem opisującym procesy ekstrakcyjne jest prawo podziału Nernsta. Mówi

one, że jeżeli substancja rozpuszcza się w dwóch nie mieszających się cieczach, to jeżeli

ciecze te będą w kontakcie, stosunek stężeń substancji w każdej z faz będzie w danych

warunkach wielkością stałą. Załóżmy dla przykładu, że mamy 10% roztwór substancji S w

rozpuszczalniku R1 i roztwór ten styka się z rozpuszczalnikiem R2, który praktycznie nie

rozpuszcza się w R1. Po pewnym czasie dojdzie do przejścia pewnej ilości substancji S z

roztworu z rozpuszczalnikiem R1 do rozpuszczalnika R2 i ustalenia się stanu równowagi, w

którym stężenie w R1 będzie wynosić np. 7% a w rozpuszczalniku R2 5%. Stosunek stężeń

wynosi zatem 7/5 czyli 1,4. Jest to tzw. współczynnik podziału, jego wartość równa jest

stosunkowi stężeń roztworów nasyconych substancji S w tych rozpuszczalnikach.

Współczynnik podziału substancji S pomiędzy dwa nie mieszające się rozpuszczalniki R1 i R2

zależy jedynie od temperatury, pod warunkiem, że substancja ta w obu rozpuszczalnikach

występuje w identycznej formie. Zjawisko asocjacji w jednym rozpuszczalniku lub dysocjacji

w drugim, powoduje, że współczynnik zaczyna być zależny od ilości (stężenia) substancji

rozpuszczonej (patrz stężenie "rzeczywiste").

Ważną dla praktycznego stosowania procesu ekstrakcyjnego jest zasada, że w celu

zwiększenia wydajności ekstrakcji ekonomiczniej jest dokonać kilku kolejnych procesów

ekstrakcji mniejszymi porcjami rozpuszczalnika niż zastosować jednorazową ekstrakcję dużą

porcja rozpuszczalnika.

Załóżmy, że mamy V1 roztworu R1 o stężeniu c1, i że współczynnik podziału wynosi 1. Przy

zastosowaniu jednokrotnej ekstrakcji objętością V2 rozpuszczalnika R2, przy założeniu, że

V2=V1 w nowym roztworze znajdzie się połowa substancji ekstrahowanej (współczynnik

podziału jest równy 1, co oznacza, że w stanie równowagi stężenia w obu fazach będą sobie

równe, ponieważ objętości obu faz też są równe, to i ilości substancji rozpuszczonej w każdej

z faz też są sobie równe). Wydajność ekstrakcji wyniesie w tych warunkach 50%. Jeżeli

zastosujemy dwie kolejne ekstrakcje, za każdym razem stosując objętość rozpuszczalnika V,

równą 0,5V2 to kolejno otrzymamy:

I etap: wyjściowa ilość substancji w roztworze R1 wynosi c1·V1 ilość ekstraktu

V = 0,5V2 ——> V = 0,5V1 stężenia równowagowe c' są sobie równe (bo współczynnik

podziału k=1);

ilość substancji w ekstrakcie c'·V = 0,5·c'·V1

ilość substancji pozostałej w roztworze c'·V1

ilość substancji w ekstrakcie + ilość pozostała w roztworze = całkowita ilość (wyjściowa)

——> 0,5·c'·V1 + c'·V1 = c1·V1

docsity.com

skąd 1,5·c' = c1 czyli c' wynosi 2/3 stężenia wyjściowego a ilość wyekstrahowanej

substancji wynosi 0,5·(2/3)·c1·V1 (33,3%)

II etap: wyjściowa ilość substancji c'·V1 ilość ekstraktu V = 0,5V2 ——

> V = 0,5V1 stężenia równowagowe c'' są sobie równe;

Analogicznie jak dla I etapu obliczamy ilość wyekstrahowanej substancji w drugim etapie, za

c1 podstawiając nowe stężenie wyjściowe c' i stężenie równowagowe pierwszego etapu c'

zamieniamy na c"

ilość substancji wyekstrahowanej w drugim procesie wynosi zatem 0,5·(2/3)·c ' ·V1 =

0,5·(2/3)·(2/3)·c1·V1

W dwóch etapach łącznie wyekstrahowano więc 0,5·(2/3)·c1·V1 + 0,5·(2/3)·(2/3)·c1·V1 =

0,5·c1·V1·(2/3 + 4/9) = 55,5%

Jak z powyższych obliczeń wynika podzielenie całej ilości rozpuszczalnika użytego do

ekstrakcji na dwie porcje podniosło nam wyraźnie wydajność (a więc zazwyczaj i

opłacalność) ekstrakcji - z 50% na ponad 55%. Podzielenie danej ilości rozpuszczalnika na

więcej części da nam dalsze polepszenie wydajności.

docsity.com

komentarze (0)
Brak komentarzy
Bądź autorem pierwszego komentarza!
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
Docsity is not optimized for the browser you're using. In order to have a better experience we suggest you to use Internet Explorer 9+, Chrome, Firefox or Safari! Download Google Chrome