Фазові рівноваги

1. Кафедра фізичної та колоїдної хімії
Національний фармацевтичний університет
ТТееммаа ллееккццііїї::
«ТТррииккооммппооннееннттнніі ссииссттееммии..
РРооззппооддіілл ррееччооввииннии ммііжж ддввооммаа
ррііддккииммии ффааззааммии.. ЕЕккссттррааккццііяя»
ЛЛееккттоорр::
ддооццееннтт
ББооннддааррееннккоо
ННааттааллііяя
ЮЮррііїїввннаа

2. Кафедра фізичної та колоїдної хімії
План лекції:
1. Закон розподілу та різні форми
його вираження.
2. Практичне застосування закону
розподілу. Екстракція.
Література:
1.Кабачний, В. І. Лекції з фізичної хімії : навч. посіб. для
студ. вищ. фармац. навч. закл. / В. І. Кабачний, Л. Д.
Грицан, Т. О. Томаровська, Л. К. Осіпенко; за ред. В. І.
Кабачного. — Х. : НФаУ: Золоті сторінки, 2012. – 280 с.
2. 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.

3. Кафедра фізичної та колоїдної хімії
ЗЗААККООНН РРООЗЗППООДДІІЛЛУУ
ТТАА РРІІЗЗННІІ ФФООРРММИИ
ЙЙООГГОО ВВИИРРААЖЖЕЕННННЯЯ..

4. Кафедра фізичної та колоїдної хімії
Закон розподілу є однією з форм ІІ
закону термодинаміки. Якщо до двох рідин,
що не змішуються, додати певну
кількість третьої речовини, яка здатна
розчинятися в обох фазах, то вона буде
розподілятися між двома фазами у певному
співвідношенні. Згідно закону Нернста
співвідношення рівноважних концентрацій
розчиненої речовини в органічному
розчиннику і у воді є сталою величиною
при даній температурі і має назву
коефіцієнт розподілу К:
K = c
2
c
1
де с2 – рівноважна молярна
концентрація розчиненої сполуки
в органічній фазі, моль/л; с1 –
рівноважна молярна концентрація
її у воді, моль/л.

5. Кафедра фізичної та колоїдної хімії
У такій формі закон розподілу
використовують у тих випадках,
коли:
додавання речовини до системи
не викликає змін у взаємній
розчинності рідких фаз;
розчинена речовина у кожній з
фаз знаходиться в однаковому
стані (протолітичній формі).

6. Кафедра фізичної та колоїдної хімії
Рівняння Шилова-Лепінь, яке враховуює
вплив процесів дисоціації та асоціації
молекул речовини, має вигляд:
K = c
2
m c
1
m - стала при постійній температурі,
величина якої залежить від природи
фаз та самої сполуки.

7. Кафедра фізичної та колоїдної хімії
Приклад: ацетатна кислота у воді
незначно дисоціює. Якщо прийняти, що
в неполярному розчиннику відбувається
повна асоціація молекул кислоти, і
знехтувати її дисоціацією у воді, то m
буде дорівнювати 2 і рівняння закону
розподілу матиме вигляд:
K = c
2
c
( )2
…
Н3С — С С — СН3
О
О
ОН
НО
…
1

8. Кафедра фізичної та колоїдної хімії
Взагалі, важко передбачити, чи буде молярна маса
розчиненої речовини однаковою в обох фазах. Тому
експериментально визначають ряд рівноважних
концентрацій речовини в обох розчинниках, підставляючи
значення концентрацій у лінійну форму рівняння Шилова–
Лепінь, розраховують К і m графічним або алгебраїчним
способами.
lgc2 = mlgc1 + lgK
tg a = m = ВС
lgc2 АС
a
lgK
lgc1
А
В
С

9. Кафедра фізичної та колоїдної хімії
ППРРААККТТИИЧЧННЕЕ
ЗЗААССТТООССУУВВААННННЯЯ
ЗЗААККООННУУ
РРООЗЗППООДДІІЛЛУУ..
ЕЕККССТТРРААККЦЦІІЯЯ..

10. Кафедра фізичної та колоїдної хімії
З закону розподілу видно, що розчинену речовину
можна вилучити з розчину, додаючи інший розчинник,
що не змішується з першим.
Екстракція — це процес вилучення (ізолювання)
однієї або декількох речовин зі складних систем
(рідких або твердих) за допомогою селективного
розчинника (екстрагента).
Метою екстракції є:
 розділення сумішей;
 заміна розчинника;
 очищення розчинників від домішок;
 підвищення концентрації будь-якої речовини;
 вилучення складових частин зі складних
природних та технічних розчинів тощо.

11. Кафедра фізичної та колоїдної хімії
Для проведення екстракції використовують спеціальні
апарати – екстрактори, в які поміщають вихідну суміш
та розчинник (екстрагент). В результаті екстракції
утворюється екстракт – розчин отриманих компонентів в
екстрагенті і рафінат – суміш, в якій концентрація цих
компонентів буде більш низькою. Процес екстракції
можна представити наступною схемою:
Вихідна
суміш
Екстрагент
Екстрактор
Рафінат Екстракт

12. Кафедра фізичної та колоїдної хімії
Для інтенсификаціі процесу екстракції в умовах хімічного
та фармацевтичного виробництв широко використовують
естрактори, робота яких заснована на принципах протитечі та
перемішування рідин. При промисловому розділенні процес
здійснюють або в каскаді апаратів типу змішувач – відстійник
або в протиточних екстракційних колонах. В фармацевтичній
практиці екстракцію часто проводять з сировини рослинного
та тваринного походження для отримання ефірних олій,
алкалоїдів, вітамінів, антибіотиків та інших БАР.
Види промислових
екстракторів

13. Кафедра фізичної та колоїдної хімії
Розглянемо отримання рівнянь одноразової та
багаторазової екстракції.
Розрахуємо масу mречовини, яка залишилась у розчині
n (рафінаті) після n екстракцій однаковими об’ємами
екстрагента
V. У вихідному розчині об'ємом Vміститься m(г)
0 0 отримуваної речовини. Після додавання першої порції
екстрагенту об'ємом V у вихідному розчині залишається m(г),
1 а екстрагується (m– m) (г) речовини. Рівноважними
0 1концентраціями ñ = m
речовини у системі ñ будуть:
= m0 -
m1
1
1 V
2
V
у рафінаті 0
, у екстракті

14. Кафедра фізичної та колоїдної хімії
V
m m
K = ñ =
Згідно закону розподілу – 0 1
· 0
, 1
2
1
V
m
c
.
m m V
0
0
1 0 V + K ×
V
=
звідси
Цей вираз використовують у розрахунках при одноразовій
екстракції. Після n екстракцій у першому розчині залишається
mn (г) речовини:
n
æ
m m V ÷ ÷ø
n V K V
ö
ç çè
+ ×
=
0
0
0
Це рівняння використовують у розрахунках матеріального
балансу при багаторазовій екстракції.

15. Кафедра фізичної та колоїдної хімії
ДДяяккууюю ззаа ууввааггуу!!