Экстракция

Экстра́кция (от лат. extraho — извлекаю) — это извлечение вещества из раствора или сухой смеси с помощью растворителя (экстраге́нта), практически не смешивающегося с исходной смесью[1] .

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.

Для извлечения индивидуального вещества или определённой смеси (экстракта) из сухих продуктов в лабораториях широко применяется непрерывная экстракция по Сокслету.

В лабораторной практике химического синтеза экстракция может применяться для выделения чистого вещества из реакционной смеси или для непрерывного удаления одного из продуктов реакции из реакционной смеси в ходе синтеза.

Экстракция применяется в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой, металлургической, фармацевтической и других отраслях, в аналитической химии и химическом синтезе.

Жидкостная экстракция

Жидкостная экстракция

Принцип

Жидкостная экстракция — процесс перехода одного или нескольких растворенных веществ из одной жидкой фазы в другую (экстрагент), практически нерастворимую или частично растворимую в первой, но растворяющую эти вещества. Исходный водный раствор, содержащий растворенное в нем распределяемое вещество, непосредственно контактирует с экстрагентом. В результате взаимодействия образуются две фазы: экстракт — отделенная органическая фаза, обогащенная распределяемым веществом, и рафинат — водная фаза, практически не содержащая распределяемого вещества.

Экстрагент, как правило, представляет собой раствор реагента в разбавителе. Реагент — это вещество, взаимодействующее с распределяемым веществом и определяющее процесс экстракции. Разбавитель — инертный органический растворитель, который улучшает физические или экстракционные свойства экстрагента. В ряде случаев используется экстракция инертными растворителями, например, в случае извлечения координационно несольватированных соединений.

Классификация экстракционных процессов

Существует несколько подходов к классификации методов жидкостной экстракции, основанные как на способе осуществления процесса, так и на типе используемого экстрагента.

Классификация Л. М. Гиндина

1. Экстракция по механизму физического распределения, при этом не происходит изменения состава извлекаемого соединения.
2. Катионообменная экстракция. Используются кислотные экстрагенты, например, карбоновые кислоты, ионы металлов извлекаются в виде катионов, например амминокомплексов или аквакомплексов.
3. Анионообменная экстракция. Используются основные экстрагенты, например, соли четвертичных аммонийных оснований, ионы металлов извлекаются в виде анионов.
4. Координационная экстракция. Экстракция ионов металлов осуществляется в форме внутрикомплексных соединений.
5. Экстракция гетерополисоединений.

Классификация А. Н. Розена

Классификация основана на характере диссоциации экстрагируемого вещества в водной и органической фазах:

1. Электролит в водной фазе — неэлектролит в органической фазе.
2. Электролит в водной фазе — электролит в органической фазе. В этом случае органическая фаза должна обладать высокой диэлектрической проницаемостью.
3. Неэлектролит в водной фазе — неэлектролит в органической фазе.

Классификация Ю. А. Золотова и Н. М. Кузьмина

1. Экстракция неионизированных соединений:

1. Экстракция координационно несольватированных молекулярных галогенидов (I₂, SnI₄, SeBr₄) инертными растворителями (бензол, четыреххлористый углерод).
2. Экстракция внутрикомплексных соединений (хелатов) кислотными экстрагентами.
3. Экстракция координационно сольватированных нейтральных комплексов. Экстрагент в этом случае входит в состав извлекаемого соединения.

2. Экстракция ионизированных соединений:

1. Экстракция комплексных металлокислот (например H[FeCl₄]).
2. Экстракция координационно несольватированных солей с объемными катионами и анионами.
3. Экстракция сильных кислот.
4. Экстракция гетерополисоединений.

Применение жидкостной экстракции

В аналитической химии жидкостная экстракция используется для концентрирования микропримесей и выделения органических и неорганических веществ с целью их дальнейшего количественного определения различными методами (спектрофтометрическими, хроматографическими, и другими). Широкое распространение жидкостная экстракция получила в экологических исследованиях и в лабораторном контроле качества различной продукции.

В промышленности жидкостная экстракция используется как метод выделения целевых продуктов органического синтеза из реакционной массы, а также при получении цветных и редкоземельных металлов из природного сырья.

Жидкостная экстракция является также методом научных исследований. Применяется для исследования состава, устойчивости и других характеристик комплексных соединений ионов металлов в растворах.

Уравнение Нернста

Экстракция базируется на законе разделения: изъятие вещества из раствора тем полнее, чем больше коэффициент его распределения отличается от единицы.

${\displaystyle {\frac {a_{2}}{a_{1}}}=K^{0}}$, где a1 и a2 — активности растворенного вещества в первом и втором растворах. Это уравнение называется законом распределения Нернста и является основой экстракционного метода: отношение равновесных активностей третьего компонента в двух взаимнонерастворимых жидкостях является постоянной величиной при постоянной температуре и называется термодинамической константой распределения ${\displaystyle K^{0}}$.

Примечания

1. «Экстрагирование» — статья в Малой советской энциклопедии; 2 издание; 1937—1947 гг.

Литература

• Тутурин Н. Н. Экстрагирование, экстракция // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Экстракция в экспериментальной органической химии