РОЗЧИНИ

 

Закон розподілу. Система з двох практично незмішуючихся рідин і третього, розчинного в них компонента, буде біваріантною (С=3–2+1=2) при рівновазі між обома конденсованими фазами. Концентрація третього компонента в одній з фаз однозначно визначається концентрацією цього компонента в іншій фазі при даній температурі. Відповідно до закону розподілу Нернста, в ідеальній рівноважній системі відношення рівноважних концентрацій розчиненої речовини в двох рідинах, що незмішуються, є величина стала при даній температурі і називається коефіцієнтом розподілу К:

(5.1)

де С₁ і С₂ – рівноважні концентрації розчиненої речовини в обох фазах.

При великій концентрації третього компонента у формулу Нернста (5.1) замість концентрацій вводять активності.

Для малорозчинних речовин можна замість концентрацій використовувати розчинності і тоді рівняння (5.1) матиме вигляд:

(5.2)

де L₁ і L₂ — розчинність компонентів в тому чи іншому розчиннику.

Коефіцієнт розподілу К не залежить від концентрації розчинів, якщо компонент в обох розчинниках знаходиться у вигляді однакових частинок і розчинена речовина не змінює розчинність рідин одна в одній. Якщо в одній з фаз розчинена речовина дисоціює, а в іншій асоціює, то коефіцієнт розподілу змінюється з концентрацією, при цьому рівняння (5.1) матиме вигляд:

(5.3)

де a — ступінь дисоціації у фазі 1;

n — число молекул в асоційованому комплексі у фазі 2.

Рівняння (5.3) є загальним аналітичним вираженням закону розподілу Нернста-Шилова. Якщо речовина не дисоціює і не асоціює, рівняння (5.3) переходить у рівняння (5.1). Якщо речовина асоціює тільки в другій фазі, то рівняння (5.3) перетвориться в:

, чи

(5.4)

де п — відношення середніх молекулярних мас у першому і в другому розчинниках: п = М₁ /М₂.

Логарифмуючи рівняння (4.4), одержимо:

 

, чи

(5.5)

 

Якщо на осі ординат відкладати lgC₁, а на осі абсцис — lgC₂ то одержимо пряму, тангенс кута нахилу якої дорівнює n, а відрізок, що відтинається прямою на осі ординат - lgK. Рівняння (5.5) дозволяє, таким чином, графічно визначати n і К з експериментальних даних розподілу речовини між двома розчинниками при різних концентраціях його.

Коефіцієнт розподілу використовується для експериментального визначення ступеня асоціації чи дисоціації розчиненої речовини в тому чи іншому розчиннику, активності розчинених речовин і інших подібних величин.

Екстрагування. Закон розподілу широко використовується в процесах екстрагування — видалення речовини з розчину іншим розчинником, що не змішується з першим. Закон розподілу дозволяє розраховувати кількість видаленої речовини, що залишилася в розчині, після одно- і багаторазового видалення розчинником заданого об'єму при даній температурі:

(5.6)

де m₁ - маса речовини, що залишились у розчиннику 1 після одноразового витягу його розчинником 2;

V₁ і V₂ - об'єм розчинників 1 і 2;

m₀ - вихідна кількість речовини в розчиннику 1.

 

При багаторазовому витягу рівняння (5.6) має вигляд:

(5.7)

де n - число витягів.

 

З формули (5.7) видно, що екстрагувати краще послідовно невеликими порціями, чим однократно великим об’ємом розчинника. При екстракції коефіцієнтом розподілу умовно називають відношення концентрації розчину, з якого екстрагується розчинена речовина, до концентрації розчину, яким екстрагують.

Присутність інших розчинених речовин часто впливає на процес екстрагування. При цьому можуть змінюватися властивості розчинника чи властивості розчиненої речовини. Так, розчинність органічних речовин у воді знижується при насиченні води неорганічною сіллю, що не розчиняється в органічному розчиннику («висолювання»). Розчинність слабких органічних кислот у воді знижують, додаючи мінеральні кислоти, що зменшують ступінь дисоціації слабких кислот.