Химические вещества, классификация, хранение



бет5/8
Дата19.09.2023
өлшемі149,5 Kb.
#108668
түріРешение
1   2   3   4   5   6   7   8
Байланысты:
неорг. синтез - лекции-ст (1)

Очистка веществ.
В неорганическом синтезе при очистке веществ, разделении смесей, выделении вещества при анализе и т.д. широко используется явление распределения вещества между двумя несмешивающимися фазами.
Закон распределения.
С проявлением этого закона вы уже встречались, когда обсуждали растворимость газов в воде, которая в соответствии с законом Генри пропорциональна парциальному давлению растворяющегося газа: Сi(ж)=Кг∙Рi. В свою очередь его концентрация в газовой фазе над раствором тоже пропорциональна парциальному давлению: Сi(г)=Рi/RT. Следовательно, при постоянной температуре Сi(ж)/Сi(г)=Кг/RT=К. Это отношение и есть частный случай математического выражения закона распределения:
Распределение растворяющегося вещества между двумя любыми несмешивающимися фазами в идеальных системах происходит так, что отношение его концентраций в этих фазах есть величина постоянная
С1/С2=К.
Величина К – коэффициент распределения определяется температурой, природой растворяющегося вещества и природой фаз, но для идеальных систем не зависит от общего количества растворенного вещества.
Распределение йода между CS2 и Н2О

Концентрация йода, моль/л:
в CS2, С1∙1000
в воде, С2∙1000

685
1.61



508
1.26



260
0.63



161
0.39



Коэффициент распределения К=С1/С1

424

403

413

410

Изучение процессов распределения показало, что закон определяет не просто соотношение концентраций вещества в различных фазах, но распределение между фазами одинаковых частиц и, прежде всего – одинаковых молекул. Закон не оговаривает природу несмешивающихся фаз, ни время достижения равновесия. На законе распределения основан один из важнейших принципов хим. технологии – принцип противотока.
Пусть мы имеем систему, состоящую из 1 л фазы А, 1 л фазы В и 100 г вещества Х, распределяющегося между фазами с коэффициентом распределения К=СВА=10. Первоначально вещество Х находится в фазе А, и наша цель - максимально полно перевести его в фазу В.
Возьмем некоторую часть исходного раствора VА, которая содержит m0 г растворенного вещества, и добавим Vв второй фазы. Обозначим m1 массу вещества, оставшуюся в фазе А после установления равновесного распределения. Тогда
((m0-m1)/Vв):(m1/VA)=K.
Откуда получаем
m1=m0/(1+K∙Vв/VA).
Используя это выражение, рассмотрим, какими путями можно обеспечить максимальный переход вещества Х из фазы А в фазу В. Если сразу смешать 1 л исходного раствора и 1 л фазы В, то в фазе А останется m1=100/11=9.1 г, т.е. в фазу В перейдет 90.9 % вещества.
Если фазу В разделить на две части и поочередно добавить их к исходному раствору, то после добавления 0.5 л остаток составит m1=100/6=16.7 г, но после отделения первой порции и добавления второй остаток будет равен m1`=16.7/6=2.8 г, т.е. при такой последовательности операций в фазу В перейдет 97.2 % вещества.
Можно показать, что увеличение числа порций фазы В, даже при уменьшении объема порции, способствует более полному переводу вещества Х из фазы А в фазу В. После добавления n порций по Vв л остаток вещества Х в исходном объеме VА фазы А составит mn=m0/(1+K∙Vв/VA)n. Так, при порции фазы В 0.25 л остатки после добавления каждой порции будут составлять 28.6, 8.1, 2.3, 0.7 г, т.е. если фазу В разделит на 4 порции, то при том же общем объеме в фазу В будет переведено 99.3 % вещества Х.
Если же и исходный раствор Х в А разделить на две части и поочередно на каждую из них подействовать двумя частями фазы В, то степень извлечения Х составит 98.4 %.
Иными словами, максимально полный обмен веществом между двумя фазами при заданной массе фаз будет достигнут в том случае, если разделить фазы на порции и «двигать их навстречу друг другу». В этом и заключается принцип противотока, которым широко пользуются в промышленности при насыщении жидкости газом или удалении газа из раствора, при растворении веществ, при переводе растворенного вещества из одного растворителя в другой и т.д., т.е. при фазовых процессах.
Закон распределения лежит в основе большинства методов разделения смесей, которые нашли широкое применение не только в химии и хим. промышленности, но и в биохимии, биологии, фармакологии, металлургии и т.д. рассмотрим вкратце основные из этих методов.


Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8




©emirsaba.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет