Экстракция

1. экстракция

Экстракция – процесс селективного извлечения
ценного компонента из водной фазы в органическую за
счет образования с органическим реагентом
комплексных соединений или сольватов.
Обязательным условием протекания экстракции –
несмешивание водной и органической фаз.

2. Задачи, решаемые экстракцией.

• Избирательное извлечение целевого компонента,
даже при малых его концентрациях, при этом,
регулируя соотношение объемов органической и
водной фаз можно многократно его
сконцентрировать.
• Глубокая очистка целевого компонента от примесей.
• Разделение близких по свойствам металлов (цирконий
и гафний; тантал и ниобий; редкоземельные элементы
и т.д.).
• В аналитической химии экстракция может
использоваться как метод экспресс анализа и как
метод концентрирования при анализе высокочистых
материалов на примеси.

3. Типичная экстракционная схема

Экстрагент
Водная фаза
Экстракция
органическая фаза
реэкстр р-р
рафинат
реэкстракция
орг фаза
водный раствор (на
переработку)
раствор регенерация
Экстрагент (на экстракцию)

4. Основные понятия

1. Экстрагент - органическое соединение способное
образовывать с ценным компонентом комплексное
соединение или сольват.
2. Разбавитель – органическое соединение в котором
растворяют экстрагент. Основное свойство должна быть
химическая инертность по отношению к ценному
компоненту
3. Процесс обратный экстракции – реэкстракция.

5. Количественные характеристики

1. Коэффициент распределения (D) - отношение
аналитической концентрации распределяющегося вещества
в органической фазе (у) к его аналитической концентрации в
водной фазе (х):
D = y/x.
2. Коэффициентом разделения -отношение
коэффициентов распределения двух веществ:
1/2 = D1/D2 (D1>D2; 1/2>1)
3. Степень извлечения (Е, %):
Е= Go /Gисх = yV0/( yV0+xVв)= D/(D+Vв/V0)
если VO = VB; то E = D.100/(D + 1)

6. Основные принципы извлечения из водной фазы в органическую

Заряженным ионам энергетически невыгоден переход из сильно
полярной высокоупорядочненной фазы (водного раствора) в
органическую фазу. Для такого перехода необходима предварительная
нейтрализация заряда за счет образования незаряженных
соединений(комплексов или ионных ассоциатов). Кроме этого
необходимо полное или частичное освобождение от гидратной оболочки
– дегидратация.
Это становится возможным :
•при введении в систему высаливателей или комплексообразователей;
•при присоединении к экстрагируемому катиону органического аниона;
•при присоединении к экстрагируемому аниону органического катиона;
•при замене воды в аквакомплексе на незаряженный органический
лиганд.

7. высаливание

ABв = Aв+ +BвAв+ +Bв-= (AB)o
k= aAB/aA·aB
k=CAB· AB/CA· A ·CB· B =y/x·x· 0/ 2
D= y/x = k ·x · 2/ 0
x→0 D→0
CBв=Cв++Bв-
k=y/x·(x+m) · 2/ 0
D= y/x = k ·(x+m) · 2/ 0

8. высаливатель

Действия одноименного иона
Изменения коэффициентов активностей. Из уравнения
видно, что введение высаливателя должно увеличить
коэффициент активности в водной фазе.
Третье действие высаливателя на экстракционную
систему заключается в том, что введение в систему
высаливателя способствует образованию
недиссоциированных молекул, т.е. способствует
процессу дегидратации.

9. Типы экстрагентов и механизмы экстракции

Нейтральные экстрагенты.
Спирты
CnH2n+1OH , где n = 7-9
Простые эфиры C2H5-O-C2H5
Сложные эфиры
Кетоны
RC
R - C - R1
O
OR1
O
Сульфоксид
R2SO
Трибутилфосфат
R-O
R - O - P = O, где R - C4H9
R-O

10. Координационный механизм:

ROо - + Kвn+ + Aвn- = [RO K]Aо
а) сольватный
qROо - + Мвn+ + Aвn- = [М·qRО]Aо
б) гидратносольватный
qROо - + Н3Ов++3Н2О + Aв- = [Н9О4·qRО]Aо
в) оксониевый
qROо - + Нв++ Aв- = НA·qRОо

11. Сольватный механизм

qROо - + Мвn+ + Aвn- = [М·qRО]Aо
k = C [М·qRО]A /CROq·CM·CA
D = k· CROq· CA

12. Катионообменные экстрагенты

монокарбоновые кислоты CnH2n+1COOH
версатовые кислоты
СН3
R1 - C – COOH
R2
алкилфосфорные кислоты
Д2ЭГФК
RO
RO – P = O
НO

13. Катионообменный механизм

Mn+ (B) + n/2(HR)2 (O) = MRn (O) + nH+ (B)
lgD=lgk+n/2 lgCHR –nlgCH= lgk+n/2 lgCHR+npH

14. Анионообменные экстрагенты

Первичные амины RH2N
Вторичные амины R2HN
Третичные амины R3N
Четвертичные аммониевые основания
R4NOH
R2HNo +HClв = [R2HNH]Clo