Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

11.6: Рівноваги розподілу фаз

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    19120

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання

    • Рівноваги фазового розподілу відіграють важливу роль у процесах хімічного поділу як в лабораторних, так і в промислових масштабах. Вони також беруть участь в переміщенні хімічних речовин між різними частинами навколишнього середовища, і в біоконцентруванні забруднюючих речовин в харчовому ланцюзі.

    Часто буває, що контактують дві незмішувані рідкі фази, одна з яких містить розчинену речовину. Як розчинена речовина має тенденцію розподілятися між двома фазами? Перша думка може полягати в тому, що деяка частина розчиненої речовини буде мігрувати з однієї фази в іншу, поки вона не буде розподілена порівну між двома фазами, оскільки це відповідало б максимальній дисперсії (випадковості) розчиненої речовини. Це, однак, не враховує різні розчинності, які розчинна речовина може мати у двох рідинях; якщо така різниця існує, розчинена речовина переважно мігрує у фазу, в якій вона більш розчинна.

    Для розчиненої речовини,\(S\) розподіленої між двома фазами a і b, процес S a = S b визначається законом розподілу.

    \[K_{a,b} = \dfrac{[S]_a}{[S]_b}\]

    в якому

    • \(K_{a,b}\)- коефіцієнт розподілу (також званий коефіцієнтом розподілу) і
    • \([S]_i\)це розчинність розчиненої речовини у фазі.

    біомагніфікація

    Транспортування речовин між різними фазами має величезне значення в таких різноманітних галузях, як фармакологія та наука про навколишнє середовище. Наприклад, якщо препарат повинен перейти з водної фази зі шлунком в кров, він повинен пройти через ліпідну (масляну) фазу епітеліальних клітин, які вистилають травний тракт. Подібним чином забруднювач, такий як залишок пестицидів, який більше розчиняється в олії, ніж у воді, переважно буде засвоюватися і утримуватися морським організмом, особливо рибою, чиї тіла містять більше олійноподібних речовин; це в основному механізм, за допомогою якого такі залишки, як ДДТ, можуть піддаватися біомагніфікація, оскільки вони стають більш концентрованими на більш високих рівнях у харчовому ланцюгу. З цієї причини екологічні норми тепер вимагають встановлення коефіцієнтів розподілу нафти та води для будь-якої нової хімічної речовини, яка може знайти свій шлях у природні води. Стандартна «масляна» фаза, яка практично повсюдно використовується - октанол, С 8 Н 17 ОН.

    У препаративній хімії часто необхідно відновити бажаний продукт, присутній у реакційній суміші, шляхом екстрагування його в іншу рідину, в якій він більш розчинний, ніж небажані речовини. У лабораторних масштабах ця операція проводиться в сепараторній воронці, як показано нижче. Дві незмішувані рідини виливаються в воронку через отвір вгорі. Потім воронку струшують, щоб привести дві фази в інтимний контакт, а потім відставляють, щоб дві рідини розділилися на шари, які потім відокремлюються, дозволяючи більш щільній рідини вийти через запірний кран внизу.

    Якщо коефіцієнт розподілу занадто низький для досягнення ефективного поділу за один крок, його можна повторити; існують автоматизовані пристрої, які можуть здійснювати сотні послідовних екстракцій, кожен з яких дає продукт вищої чистоти. У цих додатках наша мета полягає в тому, щоб використовувати принцип Ле Шательє, неодноразово порушуючи рівновагу розподілу фаз, що призвело б, якщо дві фази залишаться в постійному контакті.

    Відео\(\PageIndex{1}\): Як виконати екстракцію рідина-рідина за допомогою розділової воронки.

    Приклад\(\PageIndex{1}\)

    Коефіцієнт розподілу йоду між водою і сірковуглецем становить 650. Розраховують концентрацію I 2, що залишилися у водній фазі після 50,0 мл 0,10М I 2 у воді струшують з 10,0 мл КС 2.

    Рішення

    Константа рівноваги дорівнює

    \[K_d = \dfrac{C_{CS_2}}{C_{H_2O}} = 650 \nonumber\]

    ммоль, тому м 2 = (5.00 - м 1) ммоль і тепер у нас є тільки єдиний невідомий m 1. Константа рівноваги тоді стає

    \[((5.00 – m_1) mmol / 10 mL) ÷ (m_1 mmol / 50 mL) = 650 \nonumber\]

    Спрощення та рішення для m 1 врожайності

    \[ \dfrac{(0.50 – 0.1)m_1}{(0.02 m_1} = 650 \nonumber\]

    з м 1 = 0,0382 ммоль.

    Концентрація розчиненої речовини в водному шарі становить (0,0382 ммоль)/(50 мл) = 0,000763 М, що показує, що майже весь йод перемістився в шар CS 2.