Фазовые равновесия

1. Тема лекции: «Трёхкомпонентные
системы. Распределение вещества
между двумя жидкими фазами.
Экстракция»
Лектор:
доцент
Бондаренко
Наталья
Юрьевна
Кафедра физической и коллоидной химии
Национальный фармацевтический университет

2. Кафедра физической и коллоидной химии
План лекции:
1. Закон распределения и разные формы
его выражения.
2. Практическое применение закона
распределения. Экстракция.
Литература:
1. Физическая и коллоидная химия / В. И. Кабачный,
Л. К. Осипенко, Л. Д. Грицан и др. – 2-е изд.,
перераб. и доп. – Х. : Изд-во НФаУ, 2010. – 432 с.
2. Сборник задач по физической и коллоидной химии
/ В. И. Кабачный, Л. К. Осипенко, Л. Д. Грицан и
др. – Х. : Изд-во НФАУ, 2000. – 224 с.

3. Кафедра физической и коллоидной химии
ЗАКОН
РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
И РАЗНЫЕ ФОРМЫ
ЕГО ВЫРАЖЕНИЯ

4. Закон распределения является одной из форм ІІ
закона термодинамики. Если к двум несмешивающимся
веществам прибавить определённое количество
третьего вещества, способного растворяться в обеих
фазах, то оно будет распределяться между двумя
фазами в определённом соотношении. В соответствии с
законом Нернста соотношение равновесных
концентраций растворённого вещества в органическом
растворителе и в воде является постоянной величиной
при данной температуре и называется
коэффициентом распределения К:
1
2
c
c
K =
где с2 – равновесная молярная
концентрация растворённого
вещества в органической фазе,
моль/л; с1 – равновесная молярная
концентрация её в воде, моль/л.
Кафедра физической и коллоидной химии

5. В такой форме закон
распределения используют в
тех случаях, когда:
добавление вещества к системе
не вызывает изменений во
взаимной растворимости
жидких фаз;
растворённое вещество в
каждой из фаз находится в
одинаковом состоянии
(протолитической форме).
Кафедра физической и коллоидной химии

6. Уравнение Шилова-Лепинь,
которое учитывает влияние процессов
диссоциации и ассоциации молекул
вещества, имеет вид:
1
2
m
c
c
K =
где m – константа при постоянной
температуре, величина которой
зависит от природы фаз и самого
вещества.
Кафедра физической и коллоидной химии

7. Пример: ацетатная кислота в воде
незначительно диссоциирует. Если принять, что в
неполярном растворителе происходит полная
ассоциация молекул кислоты, и пренебречь её
диссоциацией в воде, то m будет равно 2 и
уравнение закона распределения будет иметь вид:
Н3С — С С — СН3
О
О
ОН
НО
…
…
)( 2
1
2
c
c
K =
Кафедра физической и коллоидной химии

8. В большинстве случаев тяжело прогнозировать,
будет ли молярная маса растворённого вещества
одинаковой в обеих фазах. Поэтому, экспериментально
определяя ряд равновесных концентраций вещества в
каждом растворителе, подставляют значения
концентраций в линейную форму уравнения Шилова–
Лепинь и рассчитывают К и m графическим или
алгебраическим способами.
Kcmc lglglg 12 +=
lgc2 АС
ВС
mtg ==α
α
lgK
lgc1
А
В
С
Кафедра физической и коллоидной химии

9. ПРАКТИЧЕСКОЕ
ПРИМЕНЕНИЕ
ЗАКОНА
РАСПРЕДЕЛЕНИЯ.
ЭКСТРАКЦИЯ
Кафедра физической и коллоидной химии

10. Из закона распределения следует, что
растворённое вещество можно извлечь из раствора,
прибавляя другой растворитель, не смешивающийся
с первым.
Экстракция – это процесс извлечения
(изолирования) одного или нескольких веществ из
сложных систем (жидких или твёрдых) с помощью
селективного растворителя (экстрагента).
Целью экстракции является:
разделение смесей;
замена растворителя;
очистка растворителей от примесей;
повышение концентрации любого вещества;
извлечение составных частей из сложных
природных и технических растворов и др.
Кафедра физической и коллоидной химии

11. Исходная
смесь
Экстрагент
ЭкстрактРафинат
Экстрактор
Для проведения экстракции используют
специальные аппараты – экстракторы, в которые
помещают исходную смесь и растворитель
(экстрагент). В результате экстракции образуется
экстракт – раствор полученных компонентов в
экстрагенте и рафинат – смесь, в которой
концентрация этих компонентов будет более
низкой. Процесс экстракции можно представить
следующей схемой:
Кафедра физической и коллоидной химии

12. Для интенсификации процесса экстракции в
условиях химического и фармацевтического
производств, широко используют экстракторы, работа
которых основана на принципах противотока и
перемешивания жидкостей. При промышленном
разделении процесс проводят или в каскаде аппаратов
типа смеситель – отстойник или в противоточных
экстракционных колоннах. В фармацевтической
практике экстракцию часто проводят из сырья
растительного и животного происхождения для
получения эфирных масел, алкалоидов, витаминов,
антибиотиков и других БАВ.
Виды промышленных
экстракторов
Кафедра физической и коллоидной химии

13. Рассмотрим получение уравнений одноразовой и
многоразовой экстракции.
Рассчитаем массу mn вещества, которое осталось в
растворе (рафинате) после n экстракций одинаковыми
объёмами экстрагента V. В исходном растворе
объёмом V0 содержится m0 (г) полученного вещества.
После прибавления первой порции экстрагента
объёмом V в исходном растворе остаётся m1 (г), а
экстрагируется (m0 – m1) (г) вещества. Равновесными
концентрациями вещества в системе будут:
в рафинате , в экстракте
0
1
1
V
m
с =
V
mm
с 10
2
−
=
Кафедра физической и коллоидной химии

14. Согласно закону
распределения
,·
– 0
1
10
1
2
V
V
m
mm
c
с
K ==
.
0
0
01
VKV
V
mm
⋅+
=
n
n
VKV
V
mm 





⋅+
=
0
0
0
Это выражение используют в расчётах при одноразовой
экстракции. После n экстракций в первом растворе остаётся
mn (г) вещества:
Это уравнение используют при расчётах материального
баланса при многоразовой экстракции.
отсюда
Кафедра физической и коллоидной химии

15. Спасибо за внимание!Спасибо за внимание!
Кафедра физической и коллоидной химии