Экстракция – метод разделения веществ (источники ошибок, область применения)

 Экстракцией называют процесс избирательного растворения компонентов смеси веществ в каком-либо растворителе. Смесь веществ может представлять собой твердое тело. В этом случае говорят о экстракции в системе твердое тело – жидкость. В аналитической химии используют смеси веществ типа растворов, из которых добавлением несмешивающегося растворителя избирательно экстрагируют одно или несколько веществ.  Такой прием называют экстракцией в системе жидкость – жидкость, или жидкостной экстракцией.

Будучи гетерогенным процессом, экстракция подчиняется правилу фаз Гиббса: N + F = K + 2, где N - число фаз, F - число степеней свободы, K - число компонентов. При экстракции обычно две фазы (N = 2), одно распределяемое вещество (K = 1). Следовательно, при постоянных температуре и давлении система моновариантна (F = 1). Таким образом, если концентрация растворенного вещества в одной фазе постоянна, то его концентрация в другой фазе также постоянна. Соотношение между концентрациями растворенного вещества в каждой из фаз привело к формированию закона распределения.

Процесс жидкостной экстракции вещества из одного растворителя в другой зависит от термодинамических параметров системы и характера взаимодействия вещества с растворителем. Различают 2  вида жидкостной экстракции – с применением химической реакции и  без неё.  В первом случае водный раствор вещества обрабатывают каким-либо реагентом и получают соединение, которое хорошо экстрагируется в растворитель, не смешивающийся с водой. При добавлении к водному раствору вещества органического растворителя происходит распределение вещества между «мя несмешивающимися фазами. При этом вещество перемещается в следствие диффузии через границу раздела фаз из одной фазы в другую. Одновременно отдельные молекулы вещества перемещаются обратно. В процессе распределения наступает момент, когда перемещение вещества из одной фазы в другую уравнивается с обратным процессом, т.е. в системе наступает химическое равновесие. Характеристикой, которого служит коэффициент распределения, представляющий собой отношение концентрации вещества в органической фазе к его концентрации в водной фазе.

Коэффициент распределения позволяет рассчитать объем экстрагента и число экстракции, необходимые для  экстрагирования определенного количества вещества. В практике химического анализа часто возникает задача разделения смесей. Если вещества растворимы в воде и органических растворителях, такое разделение можно осуществить жидкостной экстракцией. Экстракция может быть разовой (однократной или многократной) или непрерывной (перколя́ция). Простейший способ экстракции из раствора— однократная или многократная промывка экстрагентом в делительной воронке. Делительная воронка представляет собой сосуд с пробкой и краном для слива нижнего слоя жидкости. Для непрерывной экстракции используются специальные аппараты — экстракторы, или перколяторы.

Жидкостная экстракция применяется в качественном анализе металлов, органических соединений, так как многие комплексы металлов при экстракции дают окрашивание органической фазы. На теории жидкостной экстракции основан метод распределительной хроматографии, в котором разделение веществ происходит вследствие их перераспределения между двумя жидкими фазами при их движении относительно друг друга.

Основными преимуществами экстракционного метода являются высокая избирательность и чистота разделения, возможность работы как с большими, так и с самыми малыми концентрациями, отсутствие загрязнений продуктов, легкость технологического и аппаратурного оформления, возможность осуществления непрерывного процесса, автоматизации и, наконец, высокая производительность. Эти особенности делают экстракционный метод перспективным для применения в различных отраслях промышленности.

Области применения экстракции быстро расширяются. В настоящее время можно назвать аналитическую химию, радиохимию, ядерную технологию, технологию цветных и редких металлов. Кроме того, необходимо отметить большое значение экстракции для препаративных и аналитических целей в научных исследованиях, например при изучении процессов комплексообразования и состояния веществ в растворах. Развитие экстракционных методов достигло такой ступени, что в настоящее время можно экстрагировать любой элемент или разделить любую пару элементов путем применения тех или иных экстракционных систем или выбора соответствующих условий экстракции. Для прогнозирования экстракционной способности различных соединений используются достижения термодинамики, координационной химии, теории растворов, органической химии.