Экстракция - (от лат. extraho — извлекаю) — метод извлечения вещества из раствора или сухой смеси с помощью подходящего растворителя (экстрагента).

Для извлечения из раствора применяются растворители, не смешивающиеся с этим раствором, но в которых вещество растворяется лучше, чем в первом растворителе.

Экстракция возможна потому, что распределение растворенного вещества между двумя жидкими фазами определяется законом распределения Нернста (1890 г.).

С_A/C_B = K

В состоянии равновесия отношения концентраций (С) вещества, которое растворено в двух несмешивающихся жидких фазах A и B, при определенной температуре является величиной постоянной и называется коэффициентом распределения К.

В приведенной форме закон Нернста применим только для небольших концентраций (идеальные условия) и в тех случаях, когда растворенное соединение имеет в обеих фазах одинаковую степень ассоциации. Следовательно, экстракция легко осуществима, если растворимость данного соединения в экстрагенте значительно выше, чем в фазе исходного растворителя, и коэффициент распределения (К) значительно отличается от 1.

Для веществ с коэффициентом распределения К<100 уже недостаточно простой однократной экстракции. В этом случае повторяют экстракцию несколько раз, используя свежие порции растворителя (экстрагента).

Два вещества (с коэффициентами распределения К₁ и К₂ соответственно) в идеальном случае распределяются между двумя жидкими фазами независимо друг от друга. Если различие в величинах их коэффициентах распределения достаточно велико, то такие вещества можно распределить просто при помощи экстракции.

Для оценки трудности разделения введен фактор разделения β:

β = К₁/ К₂

Оба вещества могут быть удовлетворительно разделены простой экстракцией только тогда, когда β ≥ 100. Для разделения смесей с β ≤ 100 следует применять методы дробной экстракции.

Обмен веществ при всех способах распределения возможен только на поверхности раздела фаз. Чтобы ускорить установление равновесия, необходимо по возможности увеличить поверхность соприкосновения фаз. Жидкости для этого встряхивают, а при их смешивании необходимо приливать жидкость с большей плотностью к жидкости с меньшей плотностью для увеличения контакта фаз. Твердые вещества перед экстракцией мелко измельчают. Тем не менее, во многих случаях, особенно если в распределении участвует твердая фаза, равновесное состояние так и не достигается.

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.

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.

Чаще всего в лаборатории органической химии экстрагированию подвергают водные растворы. Один из методов состоит в проведении экстрагирования в делительной воронке (рис.78), в которую наливают раствор, подлежащий экстракции, и экстрагирующую жидкость. При этом воронка должна быть заполнена не более, чем на 2/3 объема. Обычно объем экстрагирующей жидкости составляет от 1/5 до 1/3 объема экстрагируемого раствора. Верхний тубус закрывают пробкой и делительную воронку осторожно встряхивают, придерживая при этом пробку и кран руками. Затем делительную воронку поворачивают пробкой вниз и для выравнивания давления в воронке осторожно открывают кран. В настоящее время производят делительные воронки с отверстием в верхнем тубусе и в пробке. Для выравнивания давления в таких воронках отверстие в верхнем тубусе совмещают с отверстием в пробке. Осторожное встряхивание и выравнивание давления проводят до тех пор, пока воздушное пространство в делительной воронке не будет насыщено парами растворителя и, следовательно, давление в воронке не будет больше изменяться. Лишь после этого воронку энергично встряхивают в течение 1-2 минут.

Если при встряхивании воронки образуется эмульсия, следует проводить перемешивание слоев путем покачивания воронки. Эмульсию можно разрушить добавлением амилового спирта, насыщением водного раствора поваренной солью или фильтрованием. Однако лучше всего добиться разрушения эмульсии в результате длительного отстаивания.

Затем делительную воронку закрепляют в вертикальном положении и отстаивают до полного разделения слоев. Нижний слой сливают через кран, а верхний сливают через тубус. Следует помнить, что при сливе нижнего слоя верхнее отверстие делительной воронки должно быть открытым.

В том случае, если неясно, какой из слоев водный, каплю жидкости какого-либо слоя добавляют в пробирку с водой. При экстрагировании кислых или щелочных растворов или растворов, содержащих какие-либо едкие вещества, необходимо надевать защитные очки.

Из органических растворителей, широко применяемых для экстрагирования, следует отметить, эфир, бензол, хлористый метилен, хлороформ, четыреххлористый углерод. Для уменьшения растворимости в воде веществ, относительно хорошо в ней растворимых, водные растворы таких соединений

а – исходный раствор	б – растворитель (экстрагент)	в - экстракция

Рисунок 78. – Последовательность выполнения экстракции из раствора

Распределение вещества между двумя фазами определяется коэффициентом распределения, пропорциональным растворимостям вещества в каждом растворителе. Поэтому при однократном экстрагировании извлечение вещества будет не всегда полным. Экстрагирование следует повторять три- четыре раза, лучше всего проводить его несколько раз малыми порциями, чем использовать всю экстрагирующую жидкость за один прием. Это позволяет уменьшить объем экстрагента.

Для того чтобы определить, закончилось экстрагирование или нет, несколько капель последней порции экстракта упаривают на часовом стекле досуха. Если проба испаряется без остатка, экстрагирование прекращают.

Полученные экстракты обычно промывают в делительной воронке щелочными или кислыми водными растворами, а затем водой. Следует всегда помнить, что при промывке экстрактов растворами карбонатов, вследствие выделения углекислого газа, в делительной воронке может создаться повышенное давление. Чтобы избежать этого, делительную воронку в процессе промывки нужно как можно чаще соединять с атмосферой. После промывки экстракты, обычно, сушат подходящим осушителем.

Требования к растворителям, применяемых при экстракции.

Растворитель должен:

1. быть химически инертен (химически не взаимодействовать ни с экстрагируемым веществом, ни с растворителем, из которого идет экстракция);

2. мало растворяться (не смешиваться) в другом растворителе, который содержит экстрагируемое вещество;

3. заметно лучше (в 2-4 раза) растворять экстрагируемое вещество, чем растворитель, из которого это вещество экстрагируют;

4. не должно химически взаимодействовать ни с экстрагируемым веществом, ни с растворителем, в котором оно растворено;

5. легко удаляться при выделении из него экстрагируемого вещества;

6. быть наиболее безопасным, наименее взрыво- и пожароопасным, токсичным.

Поиск по сайту: