Взаимнонерастворимые (несмешивающиеся) жидкости. Теоретические основы перегонки с водяным паром. Распределение вещества между двумя не смешивающимися жидкостями. ( Закон Нернста) Экстракция. Принцип получения настоек и отваров.

Примером  взаимно нерастворимых жидкостей являются : вода-масло, вода-бензол.

Подобные смеси имеют две принципиальные особенности:

1)Так как и в смеси жидкости находятся в виде однородных  мультимолекулярных структур ( например, в виде капель из молекул одного типа), то присутствие  одной жидкости не влияет на давление пара другой( в отличии от взаимно растворимых жидкостей), то есть не зависимо от состава смеси давление пара каждого компонента, тоже что и для чистого компонента. – Р01 и Р02. Но пузырьки пара, образующиеся при закипании смеси, содержат пары обоих веществ. Поэтому закипание наступает тогда, когда с внешним давлением сравняется общее давление обеих паров Р01(Т) + Р02(Т)

Отсюда вытекает вторая особенность : температура кипения смеси ниже температуры кипения любого компонента.  Тк ( смесь) < Т к,1

Для взаимно же растворимых жидкостей ( исключая азеотропные смеси) температура кипения смеси, находится в интервале между температурами кипения отдельных компонентов.

На указанной особенности основан метод очистки органических жидкостей от примесей – перегонка с водяным паром. Дело в том, что многие органические вещества при своей температуре кипения разлагаются. Поэтому их смешивают с водой. Температура кипения становится ниже, чем даже у воды, и органическое вещество уже выдерживает кипячение.

Последовательность операций такова. Вначале смесь испаряют( при этом загрязняющие вещества в пар не переходят), затем пар конденсируют, образующаяся жидкая фаза расслаивается на две фазы – воду и органическую жидкость. Вторую фазу осторожно отделяют.  Учтём что испарение производят в некотором фиксированном объёме. И запишем уравнение Клайперона – Менделеева для компонентов в газообразном состоянии:

n ( штрих) 1 =  Р01(Т) V / R Тк 

n ( штрих) 2 = Р02(Т) V / R Тк 

Отсюда видно что в образующемся паре количество компонента пропорционально давлению его насыщенного пара при данной температуре. Кроме того не трудно найти массовую долю компонента в паре:

W2 = m (штрих)1 / m (штрих)1 + m (штрих) 2 = n ( штрих) 2 М2 / n (штрих) 1М1 + n ( штрих) 2 М2

После подстановки n (штрих) 1 , n ( штрих) 2 получаем :

W(штрих) 2 = 1 / 1+ Р01 М1/ Р02 М2

 Распределение третьего вещества между двумя не смешивающимися.(закон распределения Нернста)

Если между двумя несмешивающимися жидкостями ( вода и хлороформ) пытаться растворить йод, то большая часть йода растворится в хлороформе.

Закон Нернста : Отношение концентраций третьего компонента между двумя не смешивающимися жидкостями, есть величина постоянная. (коэффициент распределения Нернста). К = С1 / С2  (1)

С1 – концентрация третьего компонента в первой жидкости.

С2 – концентрация третьего компонента во второй жидкости.

Эта формула справедлива если третий компонент имеет одинаковую молекулярную формулу в первой и второй жидкости.

Есть вещества которые имеют различную  химическую формулу  ( смотря где они растворяются)

Уксусная кислота: М = 60г/моль ( в воде), М = 120 г/моль в диэтиловом эфире.

• Если  К>1, то К показывает, во сколько раз третий компонент лучше растворим в первой жидкости, чем во второй.
• Если К<1, то третий компонент лучше растворим во второй жидкости чем в первой.

Распределение третьего компонента не зависит от исходной концентрации третьего компонента.

К = С1 / С2  (С2 в степени n)

 n =  М1 / М2

М1 – молярная масса третьего компонента в первой и второй жидкости.

 Закон используется для экстракции веществ.

ЭКСТРАКЦИЯ – извлечение вещества из раствора с помощью другого растворителя. Она весьма широко применяется в фармации. Например, с помощью водных сред из разных объектов извлекают  водорастворимые компоненты, а с помощью неполярных жидкостей  ( например, масел, бензола, ацетона) – соединения углеводородной природы.

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.

Выполнение экстракционного разделения и концентрирования обычно не требует сложного и дорогостоящего оборудования. В лаборатории это чаще всего делительная воронка. С помощью воронки проводят так называемую периодическую экстракцию. Обычно водный раствор пробы и органический растворитель тщательно перемешивают встряхиванием вручную или с помощью механического устройства. После разделения фаз нижнюю фазу сливают через кран. Сильное встряхивание нежелательно, так как оно может привести к образованию эмульсий, что затрудняет разделение двух фаз. Если увеличение нужного компонента неполное, экстракцию повторяют, разделив фазы и прибавив к водной фазе новую порцию органического растворителя.

Уже во второй половине XIX века появилась идея получения отдельных настоев и отваров путем разведения водой специально приготовленных концентрированных препаратов. Упоминание о возможности применения концентрированных водных извлечений содержалось уже в первой Российской фармакопее (1866).Принцип широкого использования разведенных концентрированных извлечений вместо свежеприготовленных настоев и отваров долгое время не получал общего признания. Совсем недавно в большинстве фармакопеи мира этот принцип характеризовался как категорически неприемлемый. Причина консерватизма заключается в том, что вопрос далеко не так прост, как представляется на первый взгляд. Принцип приготовления «настоев» и «отваров» разведением концентрированных извлечений получил широкое признание в фармакопеях, причем в качестве исходных препаратов в разных странах используются различные продукты, начиная с настоек, жидких и сухих экстрактов и кончая специально приготовленными «концентратами».