J . S o p o u š e k ú l o h a
/27/
4.a
4.a. Určení rozdělovacího koeficientu v extrakční soustavě
V extrakčních soustavách jsou nejdůležitější tři složky: primární rozpouštědlo (často
voda), extrahovaná látka a extrakční rozpouštědlo. Má-li být extrakce úspěšná, musí
složky vykazovat vhodné vlastnosti. Vzájemná mísitelnost rozpouštědel musí být zanedbatelná
a rozpustnost extrahované látky v extrakčním rozpouštědle co největší.
Po přidaní extrakčního rozpouštědla k primárními rozpouštědlu s rozpuštěnou extrahovanou
látkou dochází k vytvoření rovnováhy dvou kapalných fází: fáze bohaté na primární
rozpouštědlo (vodná fáze) a fáze bohaté na extrakční rozpouštědlo (obvykle organická fáze).
Rychlost ustavení rovnováhy je úměrná velikosti mezifázového povrchu, který můžeme zvýšit
intenzivním mícháním. Výtěžek extrakce závisí na složení koexistujících fází v extrakční
rovnováze, které můžeme odečíst například z fázového diagramu sledované extrakční
třísložkové soustavy. V praxi se rozdělení extrahované složky popisuje jednodušeji rozdělovacím
koeficientem extrakce:
Ex
V
v
ex
V
Ex
V
Ex
Ex
V
V
x
x
V
m
V
mm
c
c
K 


1
10
(4.1.)
kde symbol Exc (resp. Exx ) je rovnovážná koncentrace extrahované látky ve fázi o objemu ExV
bohaté na extrakční rozpouštědlo vyjádřená v [g/l] (resp. molárním zlomkem). Vc (resp. Vx ) je
rovnovážná koncentrace extrahované látky ve fázi o objemu VV bohaté na primární rozpouštědlo
vyjádřená v [g/l] (resp. molárním zlomkem). Celková hmotnost extrahované látky v extrakční
soustavě je rovna hmotnosti extrahované látky rozpuštěné původně jen v primárním rozpouštědle
(v původní vodné fázi) a je označena jako m0 . m1 je hmotnost extrahované látky v primárním
rozpouštědle (ve vodní fázi) po extrakci. Množství extrahované látky přešlé do organické fáze je
proto v souladu se zákonem zachování hmoty rovno 10 mm  . Konstanta ExK je závislá
na teplotě, tlaku a celkovém složení extrakční soustavy. Závislost na celkovém složení soustavy
se pro nízké obsahy extrahované látky v praxi často zanedbává. Toto zjednodušení však neplatí
pro soustavy, ve kterých se složky účastní reakčních rovnováh (asociace, disociace, dimerizace,
atp.).
Z výrazu (4.1.) plyne, že po extrakci zůstane ve vodní fázi zbytek extrahované látky v množství:
 ExExV
V
VKV
Vm
m

 0
1 (4.2.)
Přidáme-li k oddělené ochuzené vodné fázi opět čisté extrakční rozpouštědlo proces ustavení
extrakční rovnováhy se zopakuje. Je-li vzájemná mísitelnost vodné a organické fáze a vlastní
molární objem extrahované látky v obou fázích zanedbatelné, můžeme pro n-násobnou extrakci
stejným množstvím organického rozpouštědla odvodit výraz:
   
n
ExExV
V
ExExV
Vn
n
VKV
V
m
VKV
Vm
m 








 
0
1
(4.3.)

ú l o h a J . S o p o u š e k , P . B r o ž
/28/
4.aCh
b !
Pro výtěžek po n-násobné extrakci platí:
 
n
ExExV
Vn
n
VKV
V
m
mm









 1
0
0
 (4.4.)
z čehož plyne, že je-li ExK konstantou, pak n-krát opakovaný přídavek organického extrahovadla
ExV vede k většímu výtěžku nežli jednostupňová extrakce extrakčním rozpouštědlem v množství
ExVn  . Celkový výtěžek extrakce můžeme uvádět i v procentech n 100%

ÚKOL: Stanovte závislost rozdělovacího koeficient extrahované látky ve zvolené
extrakční soustavě voda-methylenová modř-amylalkohol na koncentraci cv. Srovnejte
teoretický výtěžek jednonásobné extrakce s dvojnásobnou extrakcí za použití stejného celkového
množství extrahovadla (ve vztahu (4.3.) použijte průměrnou experimentálně zjištěnou hodnotu
KEx.). Tyto výsledky porovnejte s výtěžkem experimentálně provedené dvoustupňové extrakce.
POTŘEBY A CHEMIKÁLIE: zásobní vodný roztok extrahované látky (methylenová modř
410-2
g/dm
3
), extrahovadlo (amylalkohol), stojánek na zkumavky, po 1ks dělené pipety:
1, 2, 5 a 10 cm3
, injekční stříkačka s dlouhou jehlou nebo hadičkou, 1 odměrka (100 cm3
), 5
odměrek (25 cm3
), spektrofotometr, střička naplněná ethanolem na oplach. Nejméně 3ks běžných
elektrických míchadel, nebo míchadlo s rotačním diskem na alespoň 10 zkumavek, 9
teflonových zkumavek se zátkami (jsou vhodnější, nežli dělící nálevky pro svůj odpudivý
povrchem k vodě i amylalkoholu).
POSTUP: Z časových důvodů zvolíme toto pořadí:
1. Vytvoření extrakční rovnováhy. Do 9 teflonových zkumavek pipetujeme postupně
0,5; 0,75; 1,0; 1,25; 1,5; 1,75; 2,0; 2,5 a 3,0 cm3
zásobního primárního vodného roztoku
methylenové modři a doplníme vodou na objem 5 cm3
(vznikne extrakční soustava 1-9). Pak
přidáme do každé z nich 5 cm3
extrahovadla tj. amylalkoholu. Do 10-té zkumavky pipetujeme
5 cm3
methylenové modři a 2.5 cm3
amylalkoholu (extrakční soustava n2). Obsah zkumavek
s methylenovou modří mícháme alespoň 20 minut.
2. Dělení směsi. Po míchání necháme z extrakčních směsí vydělit čirou organickou a vodní fázi.
Injekční stříkačkou odstraníme vrchní fázi bohatou na extrakční rozpouštědlo tj. amylalkohol.
Extrahovaná látka se získává z fáze bohatého na extrakční rozpouštědlo (horní organická
fáze). Zde k analýze však použijeme fázi primárního rozpouštědla bohatého na vodu (spodní
vodní fáze), kterou si ponecháváme v označené zkumavce. Organickou horní fázi vylijeme do
příslušné lahve na pro ekologickou likvidaci odpadů rozpouštědel.
3. Měření postupné extrakce. Z extrakční soustavy n2 odsajeme horní organickou fázi injekční
stříkačkou a vylijeme ji do láhve na odpad. Pak přidáme opět 2.5 cm3
extrahovadla a extrakci
se separací zopakujeme za stejných podmínek podruhé.
4. Sestrojení kalibračního grafu. Do 100 cm3
odměrky si připravíme zásobní vodní roztok
extrahované látky (methylenové modři) ve zředění vodou 1:1. Z tohoto nového zásobního
roztoku odpipetujeme postupně 2,5; 5; 10; 15; 20 cm3
do pěti 25 cm3
odměrných baněk a
doplníme vodou. Změříme spektrofotometrem absorbanci těchto roztoků i nového zásobního
roztoku při vlnové délce odpovídající maximální hodnotě absorbance vodného roztoku
extrahované látky (methylenová modř 660 nm).
?


J . S o p o u š e k ú l o h a
/29/
4.a
5. Změření absorbance vodné fáze po extrakci. Spektrometrem změříme absorbanci
extrahované látky ve vodní fázi ponechané ve všech zkumavkách (extrakce 1-9 a n2).
Koncentraci extrahované látky ve vodní fází po extrakci zjistíme z kalibračního grafu.
Veškeré nádobí po skončení práce propláchneme vodou a ethanolem na oplach ze střičky.
PROTOKOL: Kalibrační graf 1: Závislost absorbance extrahované látky ve vodní fázi
na její koncentraci. Tabulka 1: Pro každou extrakční soustavu 1-9 a n2: výchozí
koncentrace extrahované látky a její hmotnost m0 ve vodní fázi před přidáním extrahovadla,
hodnoty absorbance a koncentrace extrahované látky ve vodní fázi odečtené z kalibračního grafu
po extrakci, hmotnost extrahované látky ve vodní fázi m1 a v organické fázi (m0 - m1) po
extrakci, hodnoty koeficientu KEx (pro experiment 1-9) a jeho průměrná hodnota. Graf 1:
Závislost koeficientu KEx na koncentraci cv . Teoretický výpočet: výtěžku pro 1-násobnou
extrakci 1 s 5ml a 2-násobnou extrakci 2 s 2-krát 2,5 ml extrahovadla. Dále pro experiment
n2:. Vypočtená hmotnost m2, koncentrace c2 a experimentální výtěžek po 2-násobné extrakci
2 .
ORIENTAČNÍ ZNAČKY:
 Úvod k skupině laboratorních úloh
 Teorie a vztahy k vyhodnocení úlohy
? Úkol (otázka na níž odpovídá závěr laboratorní úlohy)
 Přístroje, potřeby a chemikálie potřebné k provedení úlohy
 Důležitá informace nebo upozornění
 Pracovní postup
 Způsob vyhodnocení
 Co nezapomenout uvést v protokolu (viz obecná osnova v kap. 13)
