Tài liệu Chương 8. Phương pháp chiết pptx

1


Nội dung
Chương 8. Phương pháp chiết 1
8. 1. Đặc điểm chung của phương pháp 1
8.2. Phân loại quá trình chiết 2
8.3 Các đặc trưng định lượng của quá trình chiết 3
8.3.1 Định luật phân bố Nernst 3
8.3.2 Hệ số phân bố 3
8.3.3 Độ chiết R 4
8.3.4. Hệ số tách và hệ số làm giàu 6
8.4 Cân bằng trong hệ thống chiết 7
8.4.1 Cân bằng trong hệ thống chiết 1 bazơ hữu cơ 7
8.4.2 Cân bằng trong hệ thống chiết 1 axit hữu cơ 8
8.4.3 Cân bằng trong hệ thống chiết hợp chất nội phức 8
8.5 Một số vấn đề trong kỹ thuật chiết 11
8.5.1 Các phương pháp chiết 11
8.5.2 Chọn dung môi 11
8.5.3 Chất trợ chiết 11
8.5.4. Rửa phần chiết 12
8.5.5 Giải chiết 12
8.6 Bài tập 12

Chương 8. Phương pháp chiết
Trong mt s ln các v phân tích thc t, chúng ta phng mt
hay mt vài cu t t mt hn hp phc tp. Vic tách cht cnh ra khi hn hp
là nhim v  tho lun các nguyên lý tách trong
phân tích.
8. 1. Đặc điểm chung của phương pháp
Chiết là quá trình chuyển chất tan từ một pha này sang pha khác dựa trên tính tan khác nhau

của chất tan trong hai pha (hình 8-1).
2

Lý do phổ biến để thực hiện quá trình chiết trong phân tích hóa học là để tách hay làm giàu
chất phân tích, hay tách nó ra khỏi những chất là có thể gây nhiễu trong phân tích. Phổ biến
nhất là quá trình chiết giữa dung môi nước và dung môi hữu cơ.

Hình 8-1. Sự phân bố của một chất tan giữa hai pha lỏng
Các dung môi hữu cơ là những hợp chất ít phân cực nên thường không tan trong nước, chất
có độ phân cực rất lớn.
Dietyl ete, toluen, hexan là các dung môi có tỉ trọng nhỏ hơn nước, chúng nổi ở trên pha
nước. Clorofoc CHCl
3
, CH
2
Cl
2
, CCl
4
là các dung môi phổ biến có tỉ trọng lớn hơn nước.
Trong hỗn hợp hai pha, một pha nước chiếm ưu thế, pha kia dung môi chiếm ưu thế.
Quá trình chiết thường xảy ra với vận tốc lớn nên có thể thực hiện quá trình chiết tách, chiết
làm giàu một cách nhanh chóng, đơn giản. Sản phẩm chiết thường khá sạch. Vì các lý do đó,
ngày nay phương pháp chiết không chỉ được ứng dụng trong phân tích mà còn được sử dụng
vào quá trình tách, làm giàu, trong sản xuất công nghiệp.
8.2. Phân loại quá trình chiết
Da vào bn cht hp cht chip cht chit thành hai
nhóm ln là:
+ Chit các hp cht ni phc (hay còn gi là các chelat)
+ Chit tp hp ion

Chelat là hp cht phc, trong hp cht này, ion kim loi (axit Lewis) b m
Lewis) tn công nhit nguyên t.
3

Tp hp ion là các tp hn do s n tích ci
nhau. S to thành tp hp ion ch yu do ln. Các tác gi p hp ion
thành ba nhóm có th chic theo các kiu sau:
- Quá trình chit xy ra do các ion kim loi tham gia tc ln có
cha các nhóm hc tp, hoi liên kt vi mt ion có
c ln
- Quá trình chit ion kim loi do to các solvat: tham gia to các solvat là các anion
( ví d  dung môi chu, ete thay
vào các v trí ca phân t c trong ion kim loi
- Quá trình chit bng amin và axit cacboxylic:  c chit
i dng mui có khng phân t ln. Chính nh khng phân t ln mà
các mui này d tan vào dung môi h

8.3 Các đặc trưng định lượng của quá trình chiết
8.3.1 Định luật phân bố Nernst
Gi s ch   c phân b gia pha 1 và pha 2. Hng s phân b (partition
coefficient), K, là hng s cân bng ca phn ng:
S
(trong pha 1)
⇋ S
(trong pha 2)

K
s
=


















(8-1)
Gi s pha 2 là hc
[S]
i
: n ca S trong pha i (i=1,2)
Vi mt hp cht chinh thì K
s
ch ph thuc vào nhi và bn cht dung môi.
Giá tr K
s
càng ln thì kh p cht S t c vào pha hn khi thc
hin quá trình chit.
8.3.2 Hệ số phân bố
Trong thực tế rất khó xác định dạng xác định của hợp chất hòa tan trong cả hai pha.

Ví dụ 1: 1 amin B, axit liên hợp BH
+
, khi thay đổi pH thì nồng độ hai dạng thay đổi
4

Ví dụ 2: HgCl
2
tan ở trong pha hữu cơ dưới dạng HgCl
2
, nhưng tan ở pha nước dưới dạng
HgCl
2
, HgCl
+
, Xác định riêng nồng độ HgCl
2
thì rất khó khăn. Để có thể ước lượng khả
năng chiết của một hợp chất nào đó bằng dung môi hữu cơ người ta dùng hệ số phân bố D
D =




(8-2)
C
hữu cơ
: tổng nồng độ các dạng của hợp chất nghiên cứu trong pha hữu cơ
C
nước
: tổng nồng độ các dạng của hợp chất nghiên cứu trong pha nước

8.3.3 Độ chiết R
 chit R (%) là phng cht ching
chu ti thm cân bng.
R =

 

 
 (8-3)
Gi s rng cht tan S có th tích V
1
c chit vi V
2
ml dung môi
h toluen). Gi m là s mol ca S trong h thng và gi q là phn S vn còn
c  thm cân bng. N c bi vy là



. Phn
cht tan S chuyn sang pha 2 là (1-q) và n trong pha h-q)



. Do vy,
 

 

 

=







=








=




(8-4)
Gii 8-i vi q suy ra phn cht tan S còn lc sau ln
chit th nht
 







=






(8-5)
T (8-5) cho phép ta nói rng phn cht tc ph thuc vào h s phân
b và th tích. Nc tách ra và dung môi hc thêm vào, phn
cht tan còn lc s là:
q.q = 








(8-6)
Sau n ln chit vi th tích dung môi V
2
h phn cht tan còn lc s là:
5

q
n

= 








(8-7)
Ví d: Mt hp cht A có h s phân b gia pha hc là D = 60. Trong
500 ml dung dch có 10 mg cht A.
a. Sau 1 ln chit vi 50 ml dung môi hnhiêu phc
tách vào pha h
 






=


=



Sau ln chit 1, phc tách vào pha h
R(%) =



 = 85,7%
b. Sau bao nhiêu ln chi chit c 99%
Phn cht tan A còn lc là 1% = 0,01

q
n
= 








= 0,01 = 




= 





ly logarit hai v:
log0,01 = log







do n
y, sau 3 ln chi chic 99%
c. Mi ln chit ch s dng 10,0 ml dung môi hn chit ph
c tách vào pha hng bao nhiêu?
q
5
== 




= 0,019
R(%) =



 =


 = 98,1%
Bài tp: Cht tan A có h s phân b gic là 3 (D = 3). Tính phn cht tan
A còn  c khi thc hin chit 100 ml dung dch cha cht tan A 0.010M
vi
(a) Mt ln vi 500 ml toluen

(b) n vi mi ln là 100 ml toluen

6

Qua ví dụ và bài tập ta có nhận xét:
Chiết nhiều lần với mỗi lần một lượng nhỏ dung môi thì hiệu quả hơn so với chiết ít
lần với lượng lớn dung môi.
8.3.4. Hệ số tách và hệ số làm giàu
 ng kh t A, B ra khi nhau bng quá trình chiti ta
dùng h s 



















(8-8)

N thc hin tách hai cht
ra khi nhau bng quá trình chit. Giá tr c tách càng
thc hin d dàng.
Mt tham s   s làm giàu S.
Gi s ta cn tách các cht A và B trong hn hp ra khi nhau bng m
i ta gi h s làm giàu S
B/A
là t s n ca cht A so vi cht B trong pha hu
 s n ca cht A so vi cht B trong dung du. Gi s






là n các chu và [A]
hc
, [B]
hc
là n các cht A
và B trong pha ht trng thái cân bng.
S
B/A
=
























=










=





(8-9)
Vì ta bit rng R
A
=





; R
B
=





; thay vào (8-9)
S
B/A
=











(8-10)
Ví d, gi s D
A
= 10
4
, D
B
= 0,1 thì h s 




= 10
5
 s tách rt ln.
Tuy nhiên, quá trình chit này không hoàn toàn thành công vì khi dùng quá trình chit
 tách A khi B thì dù rc 99,99% . A ra khn
phm chit vn còn mng khá ln cht B (gn 10%) và theo (8-10) thì h s làm
giàu ca quá trình là:
7

S
B/A
=








i h s tách 10
5
u D
A
= 10
2
, D
B
= 10
3
thì:
S
B/A
=












3


B/A
s nh ng hp này cht A s chuyn vào pha h
99%, còn cht B ch chuyn vào pha hy h s làm giàu S phn ánh kh
t ra khi nhau thc ch s tách 
8.4 Cân bằng trong hệ thống chiết
Trong quá trình chit có nhiu quá trình xy ra c, pha hi
pha li có nhiu cân bng rt khác nhau. Cân bng trong h thng chit rt phc tp, khi
n hóa phi cân nhc.
8.4.1 Cân bằng trong hệ thống chiết 1 bazơ hữu cơ
Gi s p vi nó là BH
+

B + H
2
O

⇋ BH
+
+ OH

K
b

B
c
⇋ B
h

K
phân b
=






Gi s BH
+
ch nc tc ch 
D =









Có [BH
+
]=








 D =











= K
phân b

B
(8-11)
 chic, chúng ta phi s d th chuyn nó thành BH
+
.
c li mun chuyn m    c, chúng ta phi s d  l 
chuyn axit thành A

.
Ví d: gi s rng h s phân b ca mt amin K
phân b
= 3,0
B

c
⇋ B
h
K
phân b
=





= 3,0 và BH
+
có K
a
= 10
9

8

Nu 50 ml dung dc chit vi 100 ml dung môi, n ca amin
còn lc bng bao nhiêu?
a.  pH = 10,00
b.  pH = 8,00
 pH = 10,00: D =












=







= 2,73
c =





 =






 =



100 = 15%

c
= 0,15.0,010M = 0,0015M
 pH = 8,00: D =











=







= 0,273
c =






 =






 =


100 = 65%

c
= 0,65.0,010M = 0,0065M
  yu  dc chit vào pha h 
ch yu  dng BH
+
và nó vc gi lc.
8.4.2 Cân bằng trong hệ thống chiết 1 axit hữu cơ
Gi s rng mt axit HA (K
a
c phân b gia hai pha hc.
HA + H
2
O

⇋ H
3

O
+
+ A

K
a

HA
c
⇋ HA
h
K
phân b
=






Gi s A

không tan trong pha h
D =














= K
phân b

HA
(8-12)
8.4.3 Cân bằng trong hệ thống chiết hợp chất nội phức
Hu ht các phc chit vào dung môi hn. Các phn
tích, ví d, Fe(EDTA)
-
hay   


không tan trong dung môi hu
t cách thc trong vic tách các ion kim loi ra kh chn lc ca phc
9

ion kim loi vi mt ligan hc s
dng cho m   c ch    Dithizone (diphenylthoocacbazone), 8-
hydroquinolino (oxine) và cupfemon.
Mi dit axit yu, HL, nó s mt 1 proton khi liên kt vi ion kim
loi.
HL
c)

⇋ 


+ 


K
a
=










(8-13)
n 


+ 


⇋ ML
c)















(8-14)
Mi ligan trong s này có th to phc vi nhiu kim lo  chn lc
u chnh bi pH.
Chúng ta hãy bu t  s phân b ca ion kim loi gia hai pha khi tt
c ion kim loi  trong pha c là M
n+
và tt c các ion kim loi  pha h dng
ML
n
(hình 8-2).

Hình 8-2. Chiết một ion kim loại với việc tạo phức. Phần chất tan chủ yếu trong pha nước là M
n+
và
phần chất tan chủ yếu trong pha hữu cơ là ML
n
.

ng s phân b ca ligan và ph
HL
c
⇋ HL
h
K
phân b (ligan)
=





(8-15)
ML
c)
⇋ HL
n(h
K
phân b (phc)
=










(8-16)
10

H s phân b chúng ta cn tìm là:
D =

















(8-17)
T (8-14) và (8-16), chúng ta có th vit:
[ML
n
]
h
= K
phân b (phc)

.[ML
n
]
c
= K
phân b (phc)

n+
]
c
[L

]
n
c

S dng [L

]
c
 ng trình (8-i:
[ML
n
]
h
=






















(8-18)
t giá tr [ML
n
]
h
8-i:




















Bi vì hu ht HL là trong pha h
c
=





 mô
t h s phân b cho hu hng hp:






















T 8-18), chúng ta nhn thy rng h s phân b khi chit các ion kim
loi ph thuc vào pH và n ligan. Hoàn toàn có kh  la chn mt pH mà
tn vi 1 kim loi này và nh vi mt kim loi khác. Ví d trên hình 8-3 ch ra
rng Cu
2+
có th tách ra khi Pb
2+
và Zn
2+
bng vic chit vi dithizone  pH = 5,00.

Hình 8-3. Chiết các ion kim loại sử dụng dithizone với dung môi là CCl
4
. Ở pH = 5, Cu
2+
được chiết
hoàn toàn vào CCl

4
trong khi đó Pb
2+
và Zn
2+
vẫn còn trong pha nước.
11

Dithizone (diphenyl thiocacbazone) là hp cht màu xanh lá cây, nó tan trong dung môi
không phân cc  pH<7.
c s dng rng rãi trong quá trình chi nh các kim loi
bi b ng vt các kim loi t dung dm.
Trong ng dmt dung dch chit lp nhiu ln vi dung dch màu xanh
dithizone trong CHCl
3
. Min là pha h , ion kim loc tách ra t
dung di dng ph. Khi phn chit xanh, vt ion kim loi cui cùng
c tách. Hình 8-3 ch cho chúng ta thy rng ch nhng ion kim loi nhnh có
th chic  mt pH nhnh.
8.5 Một số vấn đề trong kỹ thuật chiết
8.5.1 Các phương pháp chiết
Chiết gián đoạn: là sau mt ln chit, tách ly pha hi li thêm dung môi h
vào phc, lp li thao tác nhiu ln cho tt yêu cu v tách (xem
phn 8.3.3)
Chiết liên tục: khi h s phân b bé thì cách chit thì gi
(phi chit nhiu lng hi ta hay dùng cách chit liên tc: cho
dung môi hp xúc vi dung dc, có th thc hin bng nhiu cách, mt
trong nhc mô t  i.
8.5.2 Chọn dung môi
Cn chn dung môi sao cho h s phân b D ln. Ngoài ra còn c nht, t

trng, m tan ln nhau gia hai pha vì yu t này có n quá trình chit.
8.5.3 Chất trợ chiết
t  t. Các cht tr ching dùng vi nng
 cao, sau này có tr ngi cho vic x i chn loi mui có th d
dàng loi b khi dung dch khi cn, ví d mui amoni. Ngoài ra, khi chit cn
hing tn tìm các bi a hi
Khi có nhiu ion cùng b chit, trong nhing hp, phi dùng các ch loi
tr ng ca ion nhiu.
12

8.5.4. Rửa phần chiết
Sau khi tách, trong phn dung môi hc tách ra không tránh khi có ln mt ít
tp chn ra phn ching là lc vi dung dc có cht tr chit,
pH, thích hp.
8.5.5 Giải chiết
Chuyn ch pha hc. Có th dùng dung dch axit mnh hay
dung dch thuc th thích hp, ho
8.6 Bài tập
1. Axit yu HA (K
a
= 10
6
) có hng s phân b gic và hexan là 4,0 (K
pb
= 4,0).
Tính n ca axit này  trong hexan khi 30 ml dung dch axit HA 0,080c chit
vi 5,0 ml hexan  pH bng 2,00 và 10,00. Hiu qu chit ca HA vào dung môi hexan 
pH = 2,00 hay 10,00?