Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Определение количественных характеристик процесса экстракции – константы распределения и степени извлечения




Цель работы – определить константу распределения и степень экстракции иода из водной фазы в органическую фазу.

Сущность работы. Экстракция – процесс распределения вещества между двумя несмешивающимися жидкими фазами, чаще всего между органическим растворителем и водой. Экстракцию можно использовать для извлечения веществ, разделения или концентрирования.

При экстракции вещества частично или практически полностью переходят из одной фазы в другую. Экстрагироваться могут как молекулы веществ, так и ионы (по ионообменному механизму). Если к водному раствору неэлектролита I2 прилить не смешивающийся с водой органический растворитель (например гептан) и встряхивать полученную систему, то I2 распределяется между органической и водной фазами:

I2 (водн) ↔ I2 (орг).

Встряхивание необходимо для увеличения поверхности контакта фаз с целью быстрого достижения равновесия. Данное равновесие распределения вещества между фазами описывается константой распределения P:

(12.1)

где C(I2)орг и C(I2)водн – равновесные концентрации иода в органической и водной фазах соответственно.

Если объемы фаз не равны, то константу распределения выражают как отношение количества моль вещества в фазах:

, (12.2)

где Vорг и Vводн – объемы органической и водной фаз соответственно.

Константа распределения зависит от природы распределяемого вещества, природы фаз и температуры и не зависит от равновесных концентраций вещества и объемов фаз.

Отношение количества экстрагированного вещества n к его общему (суммарному) количеству N (т. е. к исходному) представляет собой степень экстракции R (или степень извлечения):

(12.3)

Степень экстракции неэлектролита зависит от константы распределения и отношения объемов водной и органической фаз. При прочих равных условиях степень экстракции тем выше, чем больше константа распределения.

Если распределяемое вещество обладает интенсивной собственной окраской хотя бы в одной из фаз, то для определения его концентрации можно применить фотометрический метод.

Оборудование, посуда, реактивы: спектрофотометр или фотоколориметр КФК-3; кюветы стеклянные длиной 3 мм; пробирка с пришлифованной пробкой, пипетки градуированные для отмеривания объемов 5,0 или 10,0 мл, стеклянная воронка, фильтр бумажный, пробирки конические; стандартный 1 · 10–3 M водный раствор I2, гептан (или другой растворитель).

Выполнение работы

1. Получение спектра поглощения и выбор рабочей длины волны. Включают спектрофотометр или фотоколориметр согласно инструкции к прибору. Одну кювету заполняют стандартным 1 · 10–3 M водным раствором I2, другую – дистиллированной водой (раствор сравнения). Помещают их в ячейки кюветного отделения спектрофотометра. Проводят измерения оптической плотности раствора I2 в диапазоне длин волн 370–550 нм с интервалом 5 нм.

По полученным данным строят график в координатах A – λ, нм. Выбирают длину волны, при которой наблюдается максимальное светопоглощение, и рассчитывают значение молярного коэффициента поглощения (ε) иода при данной длине волны.

2. Проведение экстракции. В чистую пробирку с пришлифованной пробкой вносят 10,0 мл стандартного 1 · 10–3 M водного раствора I2 и 2,0 мл гептана или другого растворителя по указанию преподавателя. Плотно закрывают пробирку пробкой и встряхивают экстракционную систему в течение 5 минут. При этом встряхивание не должно быть чрезмерно интенсивным во избежание образования эмульсии или пены. Оставляют пробирку в штативе до практически полного расслоения фаз.

Для отбора нижней водной фазы зажимают верхнее отверстие пипетки вместимостью 10,0 мл, быстро опускают ее на дно пробирки и открывают верхнее отверстие. Отбирают ~ ¾ объема водной фазы и профильтровывают через бумажный фильтр в коническую пробирку. Органическую фазу переливают в емкость для отходов.

3. Определение равновесной концентрации иода в водной фазе после проведения экстракции. Заполняют кювету водной фазой и измеряют оптическую плотность относительно того же раствора сравнения. Рассчитывают равновесную концентрацию иода в водной фазе по закону Бугера – Ламберта – Бера, используя измеренное значение А, известное значение l и рассчитанное значение ε.

4. Расчет количественных характеристик процесса экстракции. Рассчитывают константу распределения P* и степень извлечения R иода по приведенным выше формулам. Для расчета равновесной концентрации иода в органической фазе используют формулу

= ,

где – исходная концентрация иода в водной фазе.

На основании полученных данных делают вывод об эффективности экстракционного извлечения иода данным растворителем и о возможности применения данной экстракционной системы для концентрирования иода.


Программа курса
«ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА»

Общие вопросы

Различия между химическими, физическими и физико-химическими методами анализа. Особенности и преимущества инструментальных методов анализа. Классификация инструментальных методов анализа. Значение инструментальных методов анализа в современной науке и химической технологии.

Аналитический сигнал, его получение и измерение. Составляющие аналитического сигнала (значимые, мешающие и шумовые сигналы). Аналитический сигнал фона, холостая проба. Зависимость между аналитическим сигналом и концентрацией определяемого компонента (уравнение связи). Приемы определения неизвестной концентрации компонента в инструментальных методах анализа: методы градуировочного графика, стандартов, добавок и инструментальное титрование. Сущность и условия применимости каждого приема.

Метрологические характеристики инструментальных методов анализа.

Электрохимические методы анализа

Классификация электрохимических методов анализа.

Кондуктометрические методы анализа.Сущность и классификация кондуктометрических методов анализа: прямая кондуктометрия и кондуктометрическое титрование. Аналитические возможности и метрологические характеристики методов.

Удельная электрическая проводимость как аналитический сигнал, факторы, влияющие на величину сигнала. Зависимость удельной электрической проводимости от концентрации, причины отклонения от линейной зависимости в области больших концентраций. Эквивалентная электрическая проводимость, факторы, влияющие на ее величину. Подвижность ионов, уравнение Кольрауша.

Измерение аналитического сигнала. Кондуктометрическая ячейка и измерительные приборы. Современные кондуктометры и кондуктометрические датчики.

Прямая кондуктометрия: сущность метода, приемы нахождения неизвестной концентрации, применение для целей анализа.

Кондуктометрическое титрование: сущность метода, кривые титрования индивидуальных веществ и смесей для реакций кислотно-основного взаимодействия, осаждения, комплексообразования. Факторы, влияющие на четкость излома кривых титрования в каждом случае.

Потенциометрические методы анализа. Сущность и классификация потенциометрических методов анализа: прямая потенциометрия (ионометрия) и потенциометрическое титрование. Аналитические возможности и метрологические характеристики методов.

Измерение аналитического сигнала. Индикаторные электроды и электроды сравнения, требования к ним. Измерительные приборы.

Классификация электродов в зависимости от принципа работы: электронообменные (металлические) и ионообменные (мембранные, ионоселективные) электроды, уравнения Нернста для них.

Ионометрия. Ионоселективные электроды, зависимость их потенциала от активности определяемых ионов в отсутствие и в присутствии мешающих ионов, уравнение Никольского. Основные характеристики ионоселективных электродов, потенциометрический коэффициент селективности. Методы определения концентрации ионов с использованием ионоселективных электродов.

Потенциометрическое титрование: сущность метода, кривые титрования индивидуальных веществ и смесей. Графические способы определения конечной точки титрования. Выбор системы электродов для проведения потенциометрического титрования с использованием кислотно-основных и окислительно-восстановительных реакций, реакций осаждения и комплексообразования. Неводное потенциометрическое титрование.

Вольтамперометрические методы анализа. Сущность и классификация вольтамперометрических методов анализа. Аналитические возможности и метрологические характеристики методов.

Электролитическая ячейка и измерительные приборы. Поляризация электродов, требования к электродам. Жидкие и твердые рабочие электроды, понятие о современных видах рабочих электродов (вращающиеся дисковые, модифицированные, ртутно-графитовые электроды in situ и др.). Современные приборы для вольтамперометрического анализа – полярографы, вольтамперометрические анализаторы.

Вольтамперная зависимость (полярограмма, полярографическая волна). Остаточный, диффузионный и предельный диффузионный токи. Зависимость предельного диффузионного тока от концентрации. Уравнение Ильковича. Основные характеристики волны – потенциал полуволны и высота волны, их использование для целей качественного и количественного анализа. Уравнение Гейровского, его применение в анализе. Условия получения волны. Миграционный и конвекционный токи, их подавление.

Приемы нахождения неизвестной концентрации в вольтамперометрии. Амперометрическое титрование.

Инверсионная вольтамперометрия. Сущность и особенности метода, его аналитические возможности и метрологические характеристики. Основные этапы инверсионно-вольтамперометрического определения. Вольтамперная зависимость, ее основные характеристики – потенциал пика и высота (глубина) пика, их использование для целей качественного и количественного анализа.

Спектроскопические и другие оптические методы анализа

Классификация спектроскопических и других оптических методов анализа в зависимости от спектрального диапазона, в котором измеряют величину аналитического сигнала, и от явлений, которые происходят при взаимодействии света с веществом.

Атомная спектроскопия. Теоретические основы метода. Законы испускания и поглощения электромагнитного излучения атомами. Способы атомизации пробы и возбуждения атомов.

Эмиссионная фотометрия пламени. Сущность метода, его аналитические возможности и метрологические характеристики. Эмиссионные спектры, их происхождение, получение и регистрация. Основные характеристики линий эмиссионного спектра, их использование для качественного и количественного анализа. Резонансные спектральные линии, их значение в анализе. Процессы, протекающие в пламени при распылении в нем исследуемого раствора. Возбуждение частиц в пламени, распределение Больцмана. Зависимость интенсивности излучения от концентрации элемента в растворе, причины отклонения от линейности. Влияние различных факторов на результаты пламенно-фотометрических определений. Мешающее влияние катионов и анионов. Приемы определения неизвестной концентрации. Основные узлы и общий принцип работы приборов эмиссионной фотометрии пламени. Пламя как источник возбуждения и атомизатор, его характеристики (температура, состав).

Абсорбционная спектроскопия. Происхождение спектров поглощения. Вращательные спектры. Колебательные спектры и их использование в аналитической практике.

Электронные спектры поглощения, их получение и регистрация. Основные характеристики полос поглощения, их использование для качественного и количественного анализа. Основные величины, характеризующие светопоглощение. Закон Бугера – Ламберта – Бера, условия его применимости, причины отклонений от него. Закон аддитивности светопоглощения.

Фотоколориметрия и спектрофотометрия: сущность, аналитические возможности и метрологические характеристики методов. Основные этапы фотометрического определения. Фотометрические реакции и фотометрические реагенты. Выбор условий фотометрического определения (длина волны, толщина поглощающего слоя). Оптимальный интервал значений светопоглощения.

Прямые и косвенные приемы определения неизвестной концентрации. Фотометрическое титрование, виды кривых титрования. Определение светопоглощающих веществ в смеси.

Основные узлы и общий принцип работы приборов абсорбционной спектроскопии. Источники света различных областей спектра, монохроматизаторы (призмы, дифракционные решетки, светофильтры), кюветы, приемники света.

Нефелометрия и турбидиметрия. Сущность методов, их аналитические возможности и метрологические характеристики.

Взаимодействие света со взвешенными частицами. Закон Релея. Зависимость аналитического сигнала от концентрации вещества в нефелометрии и турбидиметрии. Условия проведения нефелометрических и турбидиметрических измерений. Приемы определения неизвестной концентрации.

Приборы для нефелометрических и турбидиметрических измерений – нефелометры, мутномеры, турбидиметры, фотоколориметры, спектрофотометры, абсорбциометры. Основные узлы и общий принцип работы.

Рефрактометрия. Сущность метода, его аналитические возможности и метрологические характеристики.

Показатель преломления как аналитический сигнал, факторы, влияющие на величину сигнала. Условия проведения рефрактометрических измерений. Удельная и молярная рефракция. Формула Лоренц-Лоренца и правило аддитивности рефракции, их использование для анализа бинарных смесей.

Рефрактометры. Основные узлы и общий принцип работы. Предельный угол преломления и его значение при измерении АС. Специализированные рефрактометры, шкала Брикса. Современные рефрактометры для проведения экспресс-анализа, их элементная база.


Хроматографические методы анализа

Хроматографические методы анализа, их сущность, особенности и аналитические возможности. Основы процесса хроматографического разделения. Классификация хроматографических методов. Подвижные и неподвижные фазы в хроматографии. Хроматограмма, хроматографические параметры и их использование для целей качественного и количественного анализа.

Газовая хроматография. Сущность метода, его разновидности. Теоретические основы и аналитические возможности газожидкостной и газоадсорбционной хроматографии. Параметры удерживания. Параметры разделения. Основные узлы и принцип действия газовых хроматографов. Условия проведения эксперимента, выбор оптимальных условий хроматографирования. Методы идентификации и определения компонентов пробы в газовой хроматографии.

Жидкостная хроматография. Сущность и аналитические возможности метода. Основные узлы и принцип действия жидкостных хроматографов. Высокоэффективная жидкостная хроматография в адсорбционном и ионообменном вариантах.

Методы разделения и концентрирования, основанные на однократном распределении вещества между двумя фазами

Сущность, задачи и основные количественные характеристики методов разделения и концентрирования. Константа и коэффициент распределения, степень извлечения. Классификация методов разделения и концентрирования.

Экстракция. Сущность экстракции и ее применение в анализе. Экстракционное равновесие. Скорость экстракции. Условия проведения экстракции.

Ионный обмен. Сущность ионного обмена и его применение в анализе. Иониты, их классификация. Строение ионитов. Ионообменное равновесие. Закономерности ионного обмена. Обменная емкость ионитов, ее виды. Факторы, влияющие на обменную емкость.







Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 1315. Нарушение авторских прав

codlug.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.009 сек.) русская версия | украинская версия