溶剂萃取和离子交换
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
的百分率，用E表示。
（一）
E
被萃物在有机相中的量 被萃物的原始总量
100
c有V有 c有V有 c水V水
100
D 100 D V水 V有
例题1
分配比越大，萃取率越高；V水/V有越小，则萃取率
越高，萃取剂萃取金属离子的能力越强。
分离系数： 等于溶质1和溶质2的分配比D1和D2的比值
有 －水 RT =ln a水 a有
e a 有 －水 RT 水
来自百度文库
a有 c有 有
c水 水
其中c为摩尔浓度， 为活度系数。
（一）
当溶质浓度较低时，活度系数都接近于1，有，水 为 常数，故有C有/C水为常数，即
K为分配常数
K= C有/C水
分配定律仅适用于溶质浓度较低，接近理想体系， 溶质和溶剂不发生化学作用，溶质以同种的分子状态分 配在两相的情况。
合物。
酮，醇，醚等在硝酸或弱酸性溶液中萃取金属盐时， 是属于络合物萃取的类型。
络合物萃取
一次溶剂化：金属离子与萃取剂分子直接以配价键结合 二次溶剂化： 通过氢键与第一配位层的分子相结合
（一）
1.4.2 用阴离子交换萃取剂进行萃取 属于阴离子交换的离子缔合机理。胺类萃取剂以胺盐
中的阴离子与金属络合阴离子进行交换，形成离子缔合体 而被萃取进入有机相。含氧萃取剂以烊盐中的阴离子与金 属络合阴离子进行交换，也形成离子缔合体而实现萃取。 烊盐萃取：（取代酰胺、酮、醇、醚） (1)被萃取的金属离子必须成络合阴离子存在； (2)烊盐形成能力决定与含氧萃取剂的碱性，萃取剂碱性越 强越有利于萃取，其次序：取代酰胺>酮>醇>醚
（一）
1.5 萃取过程动力学
物质在两个接触的液相之间建立平衡分配的速度决定 于：
（1）物质在水相和有机相内部以及经两相界面通过的传 质速度。
（2）在每一个相内或在相间界面上进行化学反应的速度。
传质方向
（一）
萃取后的水相
萃取后的有机相
CE CR D
CR
CEi CRi D
机化合物。
从结构上看，中性萃取剂分子中均含有能使氧原子 通向体系空间的活性基团，如羟基，磷酰基，亚硫酰基等， 氧原子能直接与被萃取金属化合物中的金属阳离子配位或 者间接地通过氢键与金属结合而形成中性络合物。
（一）
萃取特点：
（1）被萃取金属化合物呈中性分子存在； （2）萃取剂和溶剂本身也是中性分子； （3）中性的萃取剂或溶剂与被萃取物组成中性的溶剂络
图12-1 从水溶液中萃取金属的原则流程
原液
萃取剂
萃取剂再生
萃取
萃合液
萃取液
送提取其他有 价元素或弃去
有机相
反萃取
反萃液
送提取金属或 其他化合物
反萃剂
（一） 1.2 分配常数，分配比，萃取率，分离系数之间
的关系
能斯特分配定律:两相平衡时溶质在两相中的化学位相 等，即
有＝水， 有 ＋RT ln a有＝水 ＋RT ln a水
盐析效应：由盐析剂而提高被萃取物萃取率的现象。
1.4 萃取剂的分类、结构及萃取机理
萃取过程涉及的基本原理：
待萃取的水化了的金属阳离子或 有机萃取剂
金属络合物阴离子或中性络合物
水
加惰性溶剂
有
萃合物
有
含H 或Cl或F 或NO3 或SO42等离子的萃余液
LOGO
第十二章 溶剂萃取和离子交换
第十二章 （一）溶剂萃取
（二）离子交换
（一）溶剂萃取
1.1 溶剂萃取
溶剂萃取是一种分离、富集或纯化金属的方法，其实质 在于使金属离子或化合物由水溶液转入与水不相混溶的液 体有机相之中。由此得到的萃合液接着进行反萃取，再使 被萃取的金属由有机相转入水相。有机相经再生后，返回 萃取过程循环使用。其原则流程图见12-1。
（一）
稀释剂： 是指在萃取过程中不与被萃物发生化学作用，只改变有
机相的物理性质的溶剂。 稀释剂在萃取过程中的主要3种作用： （1）改变萃取剂的浓度 （2）改变萃取剂的萃取性能 （3）改变萃合物在有机相的溶解度 盐析剂：
是在体系中加入一种本身不被萃取，但与被萃取的酸根 相同，并能使被萃取物的萃取率提高的盐类。
（一）
烊盐萃取要在高酸度条件下进行 胺盐萃取
主要萃取剂有伯、仲、叔胺以及季胺盐。 注：除了阴离子交换机理外，还存在一种所谓的加合反应
机理。
1.4.3 用阳离子交换萃取剂进行的萃取
用有机酸及其盐以及螯合剂对金属阳离子进行萃取 的过程，被萃取的金属阳离子交换萃取剂中的阳离子 （H+）的过程发生在相同的界面上，所以萃取机理属于 相间阳离子交换。
D1 D2
实际应用中，要求 ≥2 。
例题2
（一）
1.3 萃取剂、稀释剂及盐析剂
根据原液的特点，合理选择使用萃取剂和稀释剂是溶剂 萃取成败的关键。
萃取剂：是指能与被萃取物（金属离子）相结合，并使 被萃取物转入有机相的试剂。 理想的萃取剂满足：
有选择性，即较高的分离系数； 高的萃取容量； 在萃合液反萃后易于再生； 易于水相分离； 操作安全； 价廉。
水
，G
0
①中性萃取剂，这是一类有机化合物，其分子能与被萃取的溶质形成
电子-活化中心型的配位键，这种键比水分子键更牢固。
②各种有机碱及其盐或者是各种有机酸及其盐，能与水溶液接触时发
生萃取分子中的无机阴离子或阳离子和水溶液中的同名离子之间的 离子交换过程。
（一）
1.4.1 中性萃取剂： 代表者：酮，醇，醚 ，中性的焓磷、含硫和含氮的有
大多金属化合物的萃取都不服从分配定律。
（一）
分配比： 当萃取体系平衡时，被萃物在有机相得总浓度与其在
水相的总浓度之比值，以符号D表示。
D c有 ＝ c1有 c2有 c3有 c水 c1水 c2水 c3水
一定条件下，D越大，萃取剂萃取金属离子的能力越强。
萃取率： 被萃物（溶质）进入有机相的量占被萃取物原始总量
羧酸：要求有足够长的碳链，以减小其水溶性。
螯合剂萃取：
Men nHA有
MeAn有 nH
（一）
酸性萃取剂二聚体萃取
Men nHA2有 MeAn nHA有＋nH
式中 HA——萃取剂分子 (HA)2——二聚体分子 H——萃取剂分子中可移动的H原子，在萃取过程中 被Me取代而成为H+离子进入水相； A——萃取剂分子中结合者的阴离子
（一）
E
被萃物在有机相中的量 被萃物的原始总量
100
c有V有 c有V有 c水V水
100
D 100 D V水 V有
例题1
分配比越大，萃取率越高；V水/V有越小，则萃取率
越高，萃取剂萃取金属离子的能力越强。
分离系数： 等于溶质1和溶质2的分配比D1和D2的比值
有 －水 RT =ln a水 a有
e a 有 －水 RT 水
来自百度文库
a有 c有 有
c水 水
其中c为摩尔浓度， 为活度系数。
（一）
当溶质浓度较低时，活度系数都接近于1，有，水 为 常数，故有C有/C水为常数，即
K为分配常数
K= C有/C水
分配定律仅适用于溶质浓度较低，接近理想体系， 溶质和溶剂不发生化学作用，溶质以同种的分子状态分 配在两相的情况。
合物。
酮，醇，醚等在硝酸或弱酸性溶液中萃取金属盐时， 是属于络合物萃取的类型。
络合物萃取
一次溶剂化：金属离子与萃取剂分子直接以配价键结合 二次溶剂化： 通过氢键与第一配位层的分子相结合
（一）
1.4.2 用阴离子交换萃取剂进行萃取 属于阴离子交换的离子缔合机理。胺类萃取剂以胺盐
中的阴离子与金属络合阴离子进行交换，形成离子缔合体 而被萃取进入有机相。含氧萃取剂以烊盐中的阴离子与金 属络合阴离子进行交换，也形成离子缔合体而实现萃取。 烊盐萃取：（取代酰胺、酮、醇、醚） (1)被萃取的金属离子必须成络合阴离子存在； (2)烊盐形成能力决定与含氧萃取剂的碱性，萃取剂碱性越 强越有利于萃取，其次序：取代酰胺>酮>醇>醚
（一）
1.5 萃取过程动力学
物质在两个接触的液相之间建立平衡分配的速度决定 于：
（1）物质在水相和有机相内部以及经两相界面通过的传 质速度。
（2）在每一个相内或在相间界面上进行化学反应的速度。
传质方向
（一）
萃取后的水相
萃取后的有机相
CE CR D
CR
CEi CRi D
机化合物。
从结构上看，中性萃取剂分子中均含有能使氧原子 通向体系空间的活性基团，如羟基，磷酰基，亚硫酰基等， 氧原子能直接与被萃取金属化合物中的金属阳离子配位或 者间接地通过氢键与金属结合而形成中性络合物。
（一）
萃取特点：
（1）被萃取金属化合物呈中性分子存在； （2）萃取剂和溶剂本身也是中性分子； （3）中性的萃取剂或溶剂与被萃取物组成中性的溶剂络
图12-1 从水溶液中萃取金属的原则流程
原液
萃取剂
萃取剂再生
萃取
萃合液
萃取液
送提取其他有 价元素或弃去
有机相
反萃取
反萃液
送提取金属或 其他化合物
反萃剂
（一） 1.2 分配常数，分配比，萃取率，分离系数之间
的关系
能斯特分配定律:两相平衡时溶质在两相中的化学位相 等，即
有＝水， 有 ＋RT ln a有＝水 ＋RT ln a水
盐析效应：由盐析剂而提高被萃取物萃取率的现象。
1.4 萃取剂的分类、结构及萃取机理
萃取过程涉及的基本原理：
待萃取的水化了的金属阳离子或 有机萃取剂
金属络合物阴离子或中性络合物
水
加惰性溶剂
有
萃合物
有
含H 或Cl或F 或NO3 或SO42等离子的萃余液
LOGO
第十二章 溶剂萃取和离子交换
第十二章 （一）溶剂萃取
（二）离子交换
（一）溶剂萃取
1.1 溶剂萃取
溶剂萃取是一种分离、富集或纯化金属的方法，其实质 在于使金属离子或化合物由水溶液转入与水不相混溶的液 体有机相之中。由此得到的萃合液接着进行反萃取，再使 被萃取的金属由有机相转入水相。有机相经再生后，返回 萃取过程循环使用。其原则流程图见12-1。
（一）
稀释剂： 是指在萃取过程中不与被萃物发生化学作用，只改变有
机相的物理性质的溶剂。 稀释剂在萃取过程中的主要3种作用： （1）改变萃取剂的浓度 （2）改变萃取剂的萃取性能 （3）改变萃合物在有机相的溶解度 盐析剂：
是在体系中加入一种本身不被萃取，但与被萃取的酸根 相同，并能使被萃取物的萃取率提高的盐类。
（一）
烊盐萃取要在高酸度条件下进行 胺盐萃取
主要萃取剂有伯、仲、叔胺以及季胺盐。 注：除了阴离子交换机理外，还存在一种所谓的加合反应
机理。
1.4.3 用阳离子交换萃取剂进行的萃取
用有机酸及其盐以及螯合剂对金属阳离子进行萃取 的过程，被萃取的金属阳离子交换萃取剂中的阳离子 （H+）的过程发生在相同的界面上，所以萃取机理属于 相间阳离子交换。
D1 D2
实际应用中，要求 ≥2 。
例题2
（一）
1.3 萃取剂、稀释剂及盐析剂
根据原液的特点，合理选择使用萃取剂和稀释剂是溶剂 萃取成败的关键。
萃取剂：是指能与被萃取物（金属离子）相结合，并使 被萃取物转入有机相的试剂。 理想的萃取剂满足：
有选择性，即较高的分离系数； 高的萃取容量； 在萃合液反萃后易于再生； 易于水相分离； 操作安全； 价廉。
水
，G
0
①中性萃取剂，这是一类有机化合物，其分子能与被萃取的溶质形成
电子-活化中心型的配位键，这种键比水分子键更牢固。
②各种有机碱及其盐或者是各种有机酸及其盐，能与水溶液接触时发
生萃取分子中的无机阴离子或阳离子和水溶液中的同名离子之间的 离子交换过程。
（一）
1.4.1 中性萃取剂： 代表者：酮，醇，醚 ，中性的焓磷、含硫和含氮的有
大多金属化合物的萃取都不服从分配定律。
（一）
分配比： 当萃取体系平衡时，被萃物在有机相得总浓度与其在
水相的总浓度之比值，以符号D表示。
D c有 ＝ c1有 c2有 c3有 c水 c1水 c2水 c3水
一定条件下，D越大，萃取剂萃取金属离子的能力越强。
萃取率： 被萃物（溶质）进入有机相的量占被萃取物原始总量
羧酸：要求有足够长的碳链，以减小其水溶性。
螯合剂萃取：
Men nHA有
MeAn有 nH
（一）
酸性萃取剂二聚体萃取
Men nHA2有 MeAn nHA有＋nH
式中 HA——萃取剂分子 (HA)2——二聚体分子 H——萃取剂分子中可移动的H原子，在萃取过程中 被Me取代而成为H+离子进入水相； A——萃取剂分子中结合者的阴离子