Αρχή της μεθόδου: MAΘΗΜΑ 7 ο MEΘΟ ΟΙ ΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΕΚΧΥΛΙΣΗ

Transcript

1 MAΘΗΜΑ 7 ο MEΘΟ ΟΙ ΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΕΚΧΥΛΙΣΗ Αρχή της μεθόδου: Η μέθοδος στηρίζεται στις διαφορετικές διαλυτότητες των ουσιών σε δύο μη μιγνυομένους διαλύτες Δρα. Κουκουλίτσα Αικατερίνη Χημικός Εργαστηριακός Συνεργάτης Τ.Ε.Ι Αθήνας ckoukoul@teiath.gr

2 Σκοπός ΕΚΧΥΛΙΣΗ Παραλαβή μίας ουσίας από ένα διάλυμά της με τη βοήθεια ενόςδιαλύτη που σχηματίζει διφασικό σύστημα με αυτό Παραλαβή μίας ουσίας από ένα στερεό μίγμα με τη βοήθεια ενός κατάλληλου διαλύτη

3 ΕΚΧΥΛΙΣΗ ΝΟΜΟΣ ΚΑΤΑΝΟΜΗΣ Εάν σ ένα σύστημα δύο μη μιγνυόμενων υγρών 1 και 2 προσθέσουμε μια τρίτη ουσία A διαλυτή και στις δύο φάσεις του συστήματος, η ουσία θα κατανεμηθεί σ αυτές κατά τέτοιο τρόπο, ώστε ο λόγος των συγκεντρώσεων της ουσίας στις δύο φάσεις, να αποκτήσει μια σταθερή, για δεδομένη θερμοκρασία τιμή Συντελεστής Κατανομής K D = a 2 Λόγος Κατανομής D= a 1 A 2 A 1 Σε περίπτωση που στην υδατική φάση πραγματοποιείται διάσταση, ή πολυμερισμός, ή συμπλοκοποίηση της διαλυμένης ουσίας λαμβάνεται ο λόγος των αναλυτικών συγκεντρώσεων της ουσίας στις δυο φάσεις. Ο συντελεστής κατανομής, Κ D, έχει σταθερή τιμή για ένα συγκεκριμένο σύστημα και σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία

4 ΕΚΧΥΛΙΣΗ ΝΟΜΟΣ ΚΑΤΑΝΟΜΗΣ Διάλυμα 6 g ουσίας Α σε 50 ml H 2 0 εκχύλιση με 50 ml CHCl 3 5 g ουσίας Α στα 50 ml CHCl = 1 g ουσίας Α στα 50 ml H 2 0 C = 5 50 = 0.1 CHCl 3 C = H 2 O 1 50 = 0.02 C CHCl3 K = = 0.1 D = 5 CH 2 O 0.02

5 αύξηση του όγκου του μέσου εκχυλίσεως ΕΚΧΥΛΙΣΗ ΝΟΜΟΣ ΚΑΤΑΝΟΜΗΣ παραλαβή περισσότερης ουσίας από το υδατικό της διάλυμα Διάλυμα 6 g ουσίας Α σε 50 ml H 2 0 εκχύλιση με 230 ml CHCl g ουσίας Α στα 230 ml CHCl = 0.25 g ουσίας Α στα 50 ml H 2 0 C = 5.75 CHCl 230 = C = 0.25 H 50 = O ο συντελεστής κατανομής παραμένει σταθερός K D = C CHCl3 CH 2 O = =

6 ΕΚΧΥΛΙΣΗ ΝΟΜΟΣ ΚΑΤΑΝΟΜΗΣ K D = C 2 C 1 Ο συντελεστής κατανομής, Κ, αναφέρεται στις συγκεντρώσεις και όχιστιςαπόλυτεςποσότητεςτης ουσίας που υπάρχουν και στις δύο φάσεις

7 ΕΚΧΥΛΙΣΗ n W n = V 1 W 0 K D V 2 + V 1 W n : το βάρος της διαλυμένης ουσίας που παραμένει στο αρχικό διάλυμα μετά από n εκχυλίσεις W 0 : το βάρος της ουσίας στο αρχικό διάλυμα Κ : οσυντελεστήςκατανομής V 1 : ο όγκος του διαλύματος που πρόκειται να εκχυλισθεί V 2 : ο όγκος του διαλύτη εκχυλίσεως n : αριθμός διαδοχικών εκχυλίσεων

8 Α. Yδατικό διάλυμα 100 ml CH 3 COOH 8.5 % 1 εκχύλιση με 200 ml αιθέρα = 6.59 g παραλήφθηκαν με τον αιθέρα W n = = = 3.93 Β. Yδατικό διάλυμα 100 ml CH 3 COOH 8.5 % 4 εκχυλίσεις με 200 ml αιθέρα 50 ml κάθε φορά = g παραλήφθηκαν με τον ίδιο όγκο αιθέρα 4 4 W n = = = 0.35

9 ΕΚΧΥΛΙΣΗ ΝΟΜΟΣ ΚΑΤΑΝΟΜΗΣ Το αποτέλεσμα της εκχυλίσεως με ορισμένο όγκο διαλύτη είναι καλύτερο όταν διαιρέσουμε τον όγκο σε μικρές ισόποσες δόσεις και κάνουμε ισάριθμες διαδοχικές εκχυλίσεις Ο αριθμός των εκχυλίσεων που πρέπει να γίνουν εξαρτάται: όγκος του διαλύματος της ουσίας όγκος του διατιθέμενου διαλύτη εκχυλίσεως το επιδιωκόμενο ποσοστό παραλαβόμενης ουσίας το κόστος διαλύτη

10 Στάδιο 0 Β 0 Α 0 Διαδοχικές εκχυλίσεις για τον διαχωρισμό δύο ή περισσοτέρων ουσιών που παρουσιάζουν διαφορετικούς συντελεστές κατανομής ΗστιβάδαΑ 0 μεταφέρεται στη διαχωριστική χοάνη 2 1 Στάδιο 1 Β 1 Α 0 Β 0 Α 1 Στη χοάνη 1 προστίθεται νέα δόση διαλύτη Β 1 ΗστιβάδαΑ 1 μεταφέρεται στη διαχωριστική χοάνη 3 Στάδιο Β 2 Β 1 Β 0 Η διαδικασία συνεχίζεται μέχρις ώτου επιτευχθεί ικανοποιητικός διαχωρισμός των διαλυμένων ουσιών Α 0 Α 1 Α 2 3 Σε όλες τις διαδοχικές εκχυλίσεις χρησιμοποιούμε ίσους όγκους των δύο διαλυμάτων

11 Στάδιο 0 Β 0 Α 0 Διαδοχικές εκχυλίσεις για τον διαχωρισμό δύο ή περισσοτέρων ουσιών που παρουσιάζουν διαφορετικούς συντελεστές κατανομής Στάδιο 1 Β 1 Α 0 1 Ηαρχικήδόσητουδιαλύτη, μένει μόνιμα στη διαχωριστική χοάνη 1 και εχυλίζεται συνέχεια με νέες δόσεις διαλύτη, οοποίοςμεταφέρειτιςδιαλυμένεςουσίεςστιςάλλεςχοάνεςσε ποσοστό που εξαρτάται από το συντελεστή κατανομής του 1 Στάδιο 2 Β 2 Α 0

12 ΤΕΧΝΙΚΗ ΕΚΧΥΛΙΣΕΩΣ ΣΕ ΙΦΑΣΙΚΟ ΥΓΡΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Το προς εκχύλιση διάλυμα και ο διαλύτης εκχυλίσεως εισάγονται στη διαχωριστική χοάνη η χοάνη πωματίζεται

13 ΤΕΧΝΙΚΗ ΕΚΧΥΛΙΣΕΩΣ ΣΕ ΙΦΑΣΙΚΟ ΥΓΡΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Ελαφρά ανακίνηση των δύο φάσεων Ανοίγεται η στρόφιγγα για να απαλλάξουμε το σύστημα από την υπερπίεση που δημιουργήθηκε, εξαιτίας των ατμών του διαλύτη Ακολουθεί νέα ελαφρά ανατάραξη και νέο άνοιγμα μέχρις ότου δεν δημιουργείται υπερπίεση

14 ΤΕΧΝΙΚΗ ΕΚΧΥΛΙΣΕΩΣ ΣΕ ΙΦΑΣΙΚΟ ΥΓΡΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Όταν επέλθει πλήρης διαχωρισμός των δύο φάσεων ανοίγουμε την στρόφιγγα και απομακρύνεται η κάτω στιβάδα Η παραλαβή της επάνω φάσης γίνεται από το στόμιο της χοάνης για να μην μολυνθεί από την κάτω φάση, που τυχόν παραμένει στη στρόφιγγα και στο στέλεχος της χοάνης

15 Σχηματισμός γαλακτώματος κατά την εκχύλιση-σπάσιμο γαλακτωμάτων Αίτιο του σχηματισμού γαλακτώματος: αλκαλικές οργανικές ουσίες Προσθήκη μικρής ποσότητας αραιού Η 2 SO 4, όταν είναι επιτρεπτό Αίτιο του σχηματισμού γαλακτώματος: πολύ μικρή διαφορά πυκνοτήτων υδατικής και οργανικής στιβάδας Προσθήκη Η 2 Ο ή κάποιου οργανικού διαλύτη Με την προσθήκη πεντανίου (CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 ) ελαττώνουμε την πυκνότητα πολλών οργανικών διαλυτών Με την προσθήκη τετραχλωράνθρακα (CCl 4 ) την αυξάνουμε Με την προσθήκη χλωριούχου νατρίου (NaCl) αυξάνουμε την πυκνότητα της υδατικής φάσης

16 Ελάττωση του σχηματισμού γαλακτώματος ΕΞΑΛΑΤΩΣΗ Η κατανομή μίας ουσίας σε ένα διφασικό σύστημα δύο διαλυτών εξαρτάται από τη διαλυτότητα της ουσίας στους δύο διαλύτες Καλύτερο αποτέλεσμα Διαλυτότητα της ουσίας στον οργανικό διαλύτη μεγάλη Διαλυτότητα της ουσίας στο Η 2 Ο μικρή Η ελάττωση της διαλυτότητας της ουσίας στο Η 2 Ο επιτυγχάνεται με την προσθήκη άλατος Με τον τρόπο αυτό ελαττώνεται και η διαλυτότητα του οργανικού διαλύτη στο νερό περιορισμός της απώλειας σε διαλύτη πληρέστερος διαχωρισμός

17 ΕΚΧΥΛΙΣΗ ΣΤΕΡΕΩΝ ΟΥΣΙΩΝ ΜΕ ΟΡΓΑΝΙΚΟΥΣ ΙΑΛΥΤΕΣ Εκχυλιστήρας Soxhlet Α H ουσία τοποθετείται σε ένα πορώδη υποδοχέα Α από διηθητικό χαρτί ή πορσελάνη το οποίο κλείνεται με ένα κομμάτι διηθητικό χαρτί και φέρεται στον εκχυλιστήρα

18 ΕΚΧΥΛΙΣΗ ΣΤΕΡΕΩΝ ΟΥΣΙΩΝ ΜΕ ΟΡΓΑΝΙΚΟΥΣ ΙΑΛΥΤΕΣ ψυκτήρας B E F C Οι ατμοί του διαλύτη φθάνουν δια του πλευρικού σωλήνα E στον ψυκτήρα, όπου υγροποιούνται και εισέρχονται στο χώρο του εκχυλιστήρα Soxhlet B όπου υπάρχει το δείγμα Ότανηστάθμητου διαλύτη φθάσει την κορυφή F δημιουργείται σιφωνισμός και ο διαλύτης με την ουσία που παρέλαβε από το δείγμα μεταφέρεαι στη φιάλη C H όλη διαδικασία συνεχίζεται αυτόματα μέχρις ότου παραλειφθεί όλη η ουσία από το εκχυλιζόμενο δείγμα

19 ΕΚΧΥΛΙΣΗ ΣΤΕΡΕΩΝ ΟΥΣΙΩΝ ΜΕ ΟΡΓΑΝΙΚΟΥΣ ΙΑΛΥΤΕΣ Εκχυλιστήρας Soxhlet Βελτιωμένος τύπος εκχυλιστήρα Soxhlet Α Mειονέκτημα: Η θερμοκρασία του διαλύτη στο χώρο Α είναι πολύ πιο χαμηλήαπότοσημείοβρασμούτου, με αποτέλεσμα να μειώνεται η διαλυτική του ικανότητα Στο βελτιωμένο τύπο εκχυλιστήρα Soxhlet η θέρμανση του χώρου εκχυλίσεως γίνεται με τους ατμούς του διαλύτη εκχυλίσεως, οι οποίοι φθάνουν στον ψυκτήρα περνώντας από τις τρύπες που υπάρχουν στο επάνω μέρος του δοχείου εκχυλίσεως

20 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ ΣΕ ΔΙΦΑΣΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΥΓΡΟΥ-ΥΓΡΟΥ Κατανομή του σορβικού οξέος 1º Στάδιο Πριν την εκχύλιση CH 3 CH CHCH CHCOOH σε διφασικό σύστημα: αιθέρα-νερού Προσδιορίζεται το ποσό του σορβικού οξέος που υπάρχει σε 20 ml διαλύματος οξέος ΝaOH Με τη μέθοδο της ογκομέτρησης (με δείκτη φαινολοφθαλεΐνη) βρίσκουμε τον όγκο του ΝaOH που απαιτείται για την εξουδετέρωση των 20 ml του σορβικού οξέος n oξέος = n βάσης σορβικό οξύ n oξέος = C βάσης V βάσης αρχικά: n oξέος = 1/40 X ml

21 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ ΣΕ ΔΙΦΑΣΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΥΓΡΟΥ-ΥΓΡΟΥ Κατανομή του σορβικού οξέος 2º Στάδιο Εκχύλιση CH 3 CH CHCH CHCOOH σε διφασικό σύστημα: αιθέρα-νερού Σε διαχωριστική χοάνη φέρονται 20 ml του ίδιου διαλύματος οξέος και 20 ml αιθέρα Παραλαμβάνεται ηυδατικήφάσησε κωνική φιάλη

22 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ ΣΕ ΔΙΦΑΣΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΥΓΡΟΥ-ΥΓΡΟΥ Κατανομή του σορβικού οξέος 3º Στάδιο Μετά την εκχύλιση CH 3 CH CHCH CHCOOH σε διφασικό σύστημα: αιθέρα-νερού Προσδιορίζεται το ποσό του σορβικού οξέος που υπάρχει στην υδατική στιβάδα ΝaOH Με τη μέθοδο της ογκομέτρησης (με δείκτη φαινολοφθαλεΐνη) βρίσκουμε τον όγκο του ΝaOH που απαιτείται για την εξουδετέρωση τουσορβικούοξέοςτης υδατικής στιβάδας n oξέος = n βάσης σορβικό οξύ της υδατικής φάσης n oξέος = C βάσης V βάσης υδατική φάση: n oξέος = 1/40 X ml

23 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ ΣΕ ΔΙΦΑΣΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΥΓΡΟΥ-ΥΓΡΟΥ Κατανομή του σορβικού οξέος CH 3 CH CHCH CHCOOH σε διφασικό σύστημα: αιθέρα-νερού n oξέος (αιθερική φάση) = n οξέος (αρχικά) n oξέος (υδατική φάση) n oξέος (αιθερική φάση) K D = C 2 C 1 = V oξέος (αιθερική φάση) n oξέος (υδατική φάση) V oξέος (υδατική φάση)