МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ для выполнения лабораторной работы по физической химии «Закон распределения. Жидкостная экстракция»

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ для выполнения лабораторной работы по физической химии «Закон распределения. Жидкостная экстракция»

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Студентам III курса технологического факультета

Для выполнения лабораторной работы

По физической химии на тему:

«Закон распределения. Жидкостная экстракция»

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение процесса жидкостной экстракции одного из основных процессов пищевых технологий.

ЗАДАЧА РАБОТЫ: приобретение практических навыков в проведении лабораторных исследований, обработке экспериментальных данных аналитическим и графическим методами.

ВВЕДЕНИЕ

Одним из частных случаев трехкомпонентных систем является следующий: две жидкости взаимно нерастворимы, а третий компонент способен растворяться и в одной и в другой. При достижении равновесия в системе происходит распределение третьего компонента между двумя несмешивающимися жидкими фазами в определенном соотношении, качественно характеризующемся константой распределения.

Наиболее известный пример применения закона распределения – экстрагирование, т. е. извлечение вещества из раствора подходящим растворителем, который не смешивается с первым и в то же время растворяет извлекаемое вещество в большем количестве, чем первый. Для многих органических веществ таким растворителем является эфир, а неорганических – вода. Для полноты извлечения экстрагируемое вещество переводят в то молекулярное состояние, в котором оно находится в обеих фазах. Так, например, при извлечении слабой органической кислоты выгодно понизить степень ее диссоциации добавлением минеральной кислоты. В этом случае недиссоциированные молекулы органической кислоты извлекаются полнее. Растворимость же органических веществ в воде существенно снижается в присутствии солей – эффект высаливания.

Экстракция – один из самых распространенных процессов в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Экстрагирование широко используется для извлечения эфирных масел из растительного сырья и их очистки. В виноделии процесс экстракции используется при получении сырья для производства вермутов, переработки виноградных жмыхов.

I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Закон распределения.

Если какое-либо вещество растворимо в двух несмешивающихся жидкостях, то при его растворении в смеси двух таких жидкостей оно распределяется между ними в отношении, определяемом законом Нернста-Шилова:

Растворяемое вещество распределяется между двумя несмешивающимися жидкостями в постоянном отношении концентраций, не зависящем от количества добавляемого растворимого вещества.

K = C1/C2 (1), где С1 и С2 – концентрации вещества в 1-м и 2-м растворителях.

Закон выполняется при постоянной температуре, достаточном разбавлении растворов, при отсутствии взаимодействия растворенного вещества с растворителем.

В реальных условиях при растворении веществ происходят процессы ассоциации и диссоциации молекул растворяемого вещества.

Случай 1. Вещество ассоциировано в одном из растворителей за счет образования водородных связей с возникновением димеров:

2А А2

Или полимеров

NА Аn

Закон распределения в этом случае будет выглядеть следующим образом:

К=С1N/C2 или (2)

Здесь N=М1/М2 – отношение средних молекулярных масс вещества в одном и другом растворителях.

Если преобразовать уравнение (2), прологарифмировать его, получим

Lg K = n lg C1 – lg C2 или

Lg C2 = n lg C1 – lg K (3)

– это прямая зависимости Lg C2 = F(Lg C1)

Уравнение позволяет графически определять N и К из экспериментальных данных.

Случай 2. В одном из растворителей (чаще всего в воде) вещество диссоциировано, а в другом (органическом) ассоциировано.

Закон распределения принимает вид:

(4)

A-степень диссоциации.

Пример 1. При распределении фенола между водой и бензолом получены следующие данные:

С1(Н2О), кмоль/дм3 0,0316 0,123 0,327 0,750

С2(С6Н6), кмоль/дм3 0,0077 0,159 0,253 0,390

Вычислить значение К и N графически.