Химические вещества, классификация, хранение
жүктеу/скачать 149,5 Kb.
|
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
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=СВ/СА=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. жүктеу/скачать 149,5 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|