استخراج

مفاهیم پیش نیاز:

انتقال یا جدا کردن یک ترکیب از یک حلال توسط حلال امتزاج ناپذیر دیگر را استخراج می گویند.

در صورتی که محلولی را (جسم A در حلال (۱)) با حلال مخلوط نشدنی (حلال (۲)) در یک قیف جدا کننده بریزیم و به آرامی تکان می دهیم، مقداری از جسم A به درون حلال (۲) وارد می شود. پس از جدا شدن دو لایه، حالت تعادل برای جسم A (از نظر مقدار) ایجاد می شود. این تعادل به یک ثابت تعادل (K) بستگی دارد که آن را ضریب توزیع یا ثابت جدا شدن می نامند.

و از رابطه زیر بدست می آورند.

K=C2/C1

در این رابطه C1 و C2 غلظت جسم A در حالت تعادل در حلال های (۱) و (۲) هستند.

این رابطه مستقل از غلظت کلی ماده و مقادیر حلال های مذکور و تابع نوع جسم حلال و غلظت موثر در هر فاز است.

فرض کنید ۵ گرم جسم آلی، A، در ۱۰۰ میلی لیتر آب (حلال۱) حل شده است و می خواهیم آن را با ۱۵۰ میلی لیتر اتر (حلال۲) استخراج کنیم.

چنانچه ۱۰=K باشد، می خواهیم ببینیم آیا بهتر است استخراج را سه بار و هر بار با ۵۰ میلی لیتر اتر، یا تنها یکبار به وسیله ۲۵۰ میلی لیتر اتر، انجام دهیم؟

اگر مقدرا ماده ای که پس از استخراج در لایه آبی باقی می ماندx فرض شود داریم:





۰٫۸۳ گرم مقدار جسم باقی مانده در لایه آبی





۰٫۱۲=۰٫۰۲-۰٫۱۴ گرم مقدار جسم در لایه اتری پس از سومین استخراج

۴٫۹۸=۰٫۱۲+۰٫۶۹+۴٫۱۷ گرم مقدار جسم در مجموع سه بار استخراج به وسیله اتر

اما اگرعمل استخراج را یکبار با ۱۵۰ میلی لیتر اتر انجام دهیم:

۴٫۶۹ گرم مقدار جسم استخراج شده به وسیله اتر است.







کاربرد های استخراج

استخراج یکی از مهمترین و سودمندترین روشهای جداسازی و تخلیص مواد است.

این روش قدیمی در زندگی روزمره نیز مورد استفاده قرار می گیرد. برای مثال، تهیه چای از برگ چای و آب جوش یا تهیه قهوه از دانه های خرد شده قهوه، دو نمونه از فرایند استخراج از یک مخلوط جامد به وسیله یک حلال گرم(آب جوش) است.

معمولا با توجه به ماهیت ترکیبها آنها را با یکی از سه دسته حلال زیر استخراج می کنند:



استخراج ترکیبات به وسیله آب

از این روش برای جداسازی موادی که تا حدود زیادی قطبی هستند، نظیر نمک معدنی اسیدهای قوی، بازهای قوی، الکلها، اسیدهای کربوکسیلیک و بعضی آمینها استفاده می شود.



استخراج به وسیله محلول اسیدی رقیق معمولا هیدروکلریک اسید ۵ تا ۱۰ درصد

از این برای محلول قلیایی، مثل آمینهای آلی استفاده می شود. آمین به نمک اسید تبدیل می شود که محلول در آب است.



استخراج به وسیله محلول بازی رقیق: معمولا محلول سدیم بی کربنات ۵ درصد

این محلول برای استخراج اسیدهای آلی به کار می رود.

برای مثال، در تهیه استرها، کربوکسیلیک اسید وارد عمل نشده(اضافی) را به وسیله محلول سدیم بی کربنات به نمک اسید که محلول در آب است تبدیل می کنند که می توان آن را با آب استخراج کرد.

برای بازیابی اسید، لازم است محلول آبی نمک را اسیدی کنیم.



جدا کردن سوسپانسیونها

برای جدا کردن ترکیبات آلی از محلول آبی یا سوسپانسیونها به این محلول حلال آلی(یا حلالهای آلی) غیر قابل اختلاط با آب اضافه می کنند. در نتیجه، ترکیب آلی به حلال آلی منتقل شده و از لایه آبی جدا می شود.



جداسازی مایع – جامد

از راه صاف کردن و بعد خالص کردن بلورها به روش تبلور انجام می شود.



جداسازی مایع – مایع

برای جداکردن دو مایع مخلوط نشدنی معمولا آنها را در قیف جدا کننده می ریزند تا دو لایه از یکدیگر تفکیک شود و سپس با باز کردن شیر و قیف، آنها را جدا می کنند. معمولا این روش برای استخراج و انتقال ترکیبات از حلالی به حلال دیگر انجام می شود.



استخراج بنزوئیک اسید

یک گرم بنزوئیک اسید را در ۱۰ میلی لیتر کلروفرم حل کنید. محلول را در یک قیف جدا کننده (دکانتور) بریزید و به آن ۱۰ میلی لیتر محلول سود ۱۰ درصد اضافه کنید.

در قیف را ببندید و با رعایت نکاتی که ذکر شد، بنزوئیک اسید محلول در کلروفرم را به وسیله سود استخراج کنید.

بعد از تکان دادن به مقدار کافی، قیف را روی حلقه جای قیف که به پایه وصل شده است قرار دهید تا دو لایه از هم جدا شوند، در قیف را باز کنید و لایه زیرین (کلروفرم) را در ظرفی (ارلن مایر یا بشر) بریزید لایه بالایی را نیز در ظرفی ریخته کنار بگذارید.

لایه کلروفرمی را دوباره به قیف جدا کننده منتقل کنید و دوبار دیگر، هر بار با ۱۰ میلی لیتر محلول سود ۱۰% استخراج کنید. لایه بالایی جدید را به ظرفی که لایه بالایی قبلی را ریخته اید اضافه کنید.

واکنشی را که در لایه آبی صورت گرفته است بنویسید.

PhCOOH + NaOH —–> PhCOONa + H2O

به لایه آبی حدود ۲۵ میلی لیتر محلول هیدروکلریک اسید ۲۰% اضافه کنید تا pH محلول حاصل، اسیدی شود (کاغذ تورنسل).

در این حالت، رسوب سفید رنگی ظاهر می شود. این رسوب بلوری سفید رنگ چیست؟ بنزوئیک اسید

nآن را صاف کنید و با کمی آب سرد بشویید و برای آزمایش تبلور نگه دارید.

nفرمول واکنش و محصول حاصل از افزایش اسید را بنویسید.

PhCOONa + HCl ——> PhCOOH + NaCl

امولسیون، تعلیق، کلوییدی یک مایع در مایع دیگر است.

برای از بین بردن حالت امولسیونی (شکست امولسیون) چندین راه وجود دارد:

افزودن مقدار کمی از مواد پاک کننده محلول در آب، رهایی مولکولهای آبی را آسان می کند.

اگر یکی از فازها آب باشد، جهت شکستن امولسیون، می توان از محلول آبی سیر شده سدیم کلرید استفاده کرد. این محلول سبب افزایش قطبیت فاز آبی و فاز آلی به راحتی از فاز آبی جدا می شود.

صاف کردن به طریقه معمولی نیز باعث جداسازی ذرات صمغی و قیر مانند و در نتیجه، شکستن امولسیون آسان می شود.

قیف جدا کننده را به آرامی تکان می دهیم تا به هم پیوستگی ذرات یکسان مختل شود و آنها از هم جدا شوند.

چنانچه با اجرای این چهار روش توفیقی در شکستن امولسیون حاصل نشود باید از راه صبر کردن و صرف وقت زیاد استفاده کرد.



استخراج پیوسته

وقتی انحلال پذیری یک ترکیب آلی در آب بیشتر از حلال آلی باشد.

یعنی ضریب توزیع بین حلال آلی و آب کوچک باشد، در این صورت برای استخراج آن، مقادیر زیاد حلال آلی لازم است. برای اجتناب از مصرف زیاد حلال و همچنین صرف وقت زیاد، از استخراج پیوسته مایع، مایع استفاده می شود.

منبع:انجمن مهندسی شیمی