Маъруза. Экстракция элементларни концентрлаш ва ажратиш методи

Маъруза. Экстракция элементларни концентрлаш ва ажратиш методи
Ажратиш ва концентралашнинг истиқболли методларидан бири экстракциядир.
Экстракция деганда моддани сув фазасидан у билан аралашмайдиган органик фазага ўтказишни тушунилади.
Экстракция қуйидаги афзалликларга эга: ажратишнинг тўлалиги ва эффективлиги, танлаб таъсир этувчанлиги, экстракциядан сўнг сувли эритмани ундаги бошқа элементлар ва компонентларни аниқлаш учун фойдаланиш экстракцияни автоматлаштириш мумкинлиги, ажратиб олинаётган моддани концентрлаш, рангнинг интенсивлиги ва органик қават рангининг тури асосида ионларни сифат ва миқдорий аниқлаш мумкинлиги ва ҳоказо.
Экстракцияни кўпгина миқдорий аниқлаш (фотометрик, полярографик, хроматографик ва ҳок.) методлари билан уйғунлаштириш (боғлаш), орқали уларнинг танлаб таъсир этувчанлигини ва сезгирлигини ошириш мумкин.
Амалий ва аназарий масалаларни ечишда экстракцион методлардан фойдаланилади.
Экстракция – бу суюқ ва қаттиқ моддалар аралашмаларини таъсир этувчи эритувчилар ёрдамида ажратиш жараёнидир, яъни бу иккита бир – бири билан аралашмайдиган фазаларда моддаларни тақсимлаш жараёнидир.
Физикавий экстракция – ажратиб олинаётган модданинг бир фазадан (суюқ ёки қаттиқ) суюқ экстрагент фазасига уларнинг ўзаро бир –бирига тегиши натижасида ўтишдаир.
Аналитик кимёнинг суюқлик экстракциясида кўпинча бир фаза ва иккинчиси органик эритувчи бўлган ҳолни қўлланилади.

Экстракцион жараён турлари.

1.Оддий экстракция – тақсимланиш константалари фарқига асосланиб аралашма компонентлари бир марта экстракцияланиш билан экстракцион ажратишдир.
2. Даврий экстракция - модданинг бир фазасининг ўзидан, эритувчининг алоҳида қисмлари билан экстракциялаш.
3. Узлуксиз экастракциялаш – бу иккала фазани аралаштириш билан экстракциялаш (бунда фазаларнинг бири ҳаркатсиз бўлиши керак).
4.Қарама-қарши оқим экстракцияси – бу иккала фазанинг қарама –қарши ҳаракати натижасида экстракциялашдир.
Аналитик кимёда биринчи икки тури кенг қўлланилади.
Узлуксиз ва қарама – қарши оқим экстракциялари махсус аппаратлар – экстракторлар ёрдамида бажарилади ва технологияда ишлатилади.
Экстракция жараёнларини ўрганишда ва амалга оширишда қуйидаги терминлардан фойдаланилади.
1) Экстракцион система- бу иккита ўзаро бир - бирида эримайдиган суюқликлар ва улар орасида тақсимланган моддалардир.
2) Экстрактор –экстракция ўтказувчи қурилма (ажратиш воронкаси, Сокслет экстрактори бу - қаттиқ материаллардан эримайдиган қаттиқ моддаларни узлуксиз равишда ажратиб олиш учун қурилма).
3) Экстрагент –суюқ фаза - эритувчи ёки сувсиз эритувчидаги органик реагент эритмаси ёки сув фазасидан моддани экстракциялаш жараёни учун фойдаланилган эритувчилар аралашмаси.
4) Экстракцион реагент – комплекс ҳосил қилувчи реагент, ёки экстрацияланадиган тузлар ёки бошқа бирикмалар ҳосил қилувчи реагент (масалан дитизоннинг СCI₄ даги эритмаси).
5) Суюлтирилган - инерт органик эритувчи, яъни экстрагентнинг экстракцион хоссаларини ёки физик хоссаларини яхшилаш учун ишлатиладиган эритувчи (зичлиги, қовушқоқлиги).
6) Экстракт – ўзида сув фазасидан экстракцияланган моддалар тутувчи ажралган органик фаза.
7) Реэкстракция – моддани экстрактдан сув фазасига қайтадан ажратиш жараёни.
8) Реэкстрагент –модданинг органик фазадан сув фазасига ўтказиш учун ишлатиладиган сувли эритма (масалан, HCI ёки H₂SO₄ эритмаси).
9) Реэкстракт – ўзида экстрактдан ажратиб олинган модда тутувчи сувли фаза.
10) Экстраккция изотермаси – мувозанат шароитида экстрактдаги компонентлар концентрациясининг улар дастлабки эритмадаги концентрациясига боғлиқ равишда ўзгаришини кўрсатувчи эгриси.
Экстракциянинг асосий қонунлари.
Иккита ўзаро аралашмайдиган суюқликлар орасидаги моддалар тақсимланиши қайтар бўлиб қуйидаги учта қонун асосида изоҳланади:
1) Массалар таъсири қонуни
2) Тақсимланиш қонуни
3) Гиббснинг фазалар қоидаси

1) Ионнинг комплекс кўринишда экстракцияси қуйидаги тенглама билан ифодаланади.

Mⁿ⁺_(c) + nH_(o)MA_n(o) + nH⁺_(c)

Массалар таъсири қонунига кўра мувозанат константаси (хусусий ҳолда экстракция константаси дейилади) қуйидаги тенглама билан ифодаланади.

К_ех= системанинг ҳамма компонентларига боғлиқ бўлади.
2) тақсимланиш қонуни – эмпирик равишда Бертло ва Юнгфлет томонидан аниқланган (1872 йилда), 1891 йилда эса унинг термодинамик тенгламасини Нернст чиқарилган.
Тақсимланиш қонуни қуйидагича таърифланади; агар модда MA_n иккита ўзаро аралашмайдиган эритувчиларда тақсимланса, у ҳолда доимий температура ва мувозанат шароитида, иккала фазадаги моддалар концентрациялари орасидаги нисбат доимий сондир ва у тақсимланиш константаси (“Р”) билан характерланади.



Бу доимий сон тақсимланиш қонунининг моҳиятини англатади. У тахминан модданинг органик ва сувли фазалардаги эрувчанликлари нисбатига тенг бўлади. Бундан кўринадики, қайси модда ушбу органик эритувчи сувдагига нисбатан яхши эриса, ўша модда экстракцияланади.
Тақсимланиш константаси экстракцияланадиган модданинг кимёвий табиатига, температурага, эритувчиларнинг табиатига боғлиқ, аммо экстракцияланадиган модданинг умумий концентрациясига, фазалар ҳажмига, ҳамда муҳитнинг рН и ўзгартирилмаса ва экстракцияланадиган модда билан таъсирлашмаса бегона моддлар иштирокига боғлиқ бўлмайди.
Эритилган модда иккала фазада ҳам бир хил шаклда бўлсагина тақсимланиш қонуни ўринли бўлади. Яъни:
MАn_(c)MA_n(o)
Ҳақиқатда эса иккала фазага тақсимланган модда диссоциланиш, гидролизланиш, комплекс ҳосил қилиш ҳисобига ҳар хил формада бўлиши мумкин.
Шу сабабли аналитик кимёда тақсимланиш константаси (“Р”) ўрнига тақсимланиш коэффициенти “Д” ишлатилади.

Тақсимланиш коэффициенти қуйидаги факторларга боғлиқ:
а) сувли фазанинг рН ига
б) экстракцияланадиган модда концентрациясига
в) экстракцион реагентга, чунки улар комплекс ҳосил бўлиш жараёнига ва экстракцияланадиган модда диссоциасиясига таъсир этади. Шу билан бирга рН нинг маълум оралиқларида Д доимий қийматдир.
Агар система оддий бўлса, масалан, I₂, у ҳолда Р=Д бўлади.
Экстракция жараёнини миқдорий баҳолашни ажратиш даражаси катталиги (R) ёрдамида амалга ошириш мумкин.
R-модданинг умумий миқдорини ҳамма формаларидан экстракцияланадиган модданинг органик фазага ажратилиш фоиз миқдорини кўрсатади. (R) %



V₀₌V_C бўлганда
бўлади.
С₀-органик фазадаги аналитик концентрация
С_умум- модданинг йиғинди аналитик концентрацияси
V₀₌V_C – лар органик ва сувли фазалар ҳажми
Д ва R орасида боғланиш мавжуд:

Тенг ҳажмларда V₀₌V_C бўлганда



R-органик фазага қанча фоиз модда ўтганлигини кўрсатади.
Шундай қилиб иккита аралашмайдиган суюқликлар гетероген мувозанатини ташкил этади, у ҳолда экстракция жараёни Гиббснинг фазалар қоидасига бўйсуниши керак:
N+F=K+2
Бунда N- фазалар сони;
F- эркинлик даражаси;
K- компонентлар сони;
Гиббс қоидасига мувофиқ, агар икки фазали система бир компонентни ажратса, у ҳолда бир фазадаги концентрацияни билган ҳолда фазадаги концентрациясини ҳисоблаш мумкин.