Estrazione (chimica)

Disambiguazione – "Estrazione con solventi" rimanda qui. Se stai cercando la tecnica di bonifica dei suoli, vedi Estrazione con solventi (depurazione dei suoli).

Per estrazione in chimica si intende la separazione di una o più sostanze da una matrice mediante trattamento con solvente.

Termodinamica dell'estrazione

Si considera il potenziale chimico del soluto nelle due soluzioni, quella acquosa (aq) e quella organica (o):

$\mu _{o}=\mu _{o}^{\circ }+RT\;lna_{o}$
$\mu _{aq}=\mu _{aq}^{\circ }+RT\;lna_{aq}$

mescolando le due soluzioni si avrà la ripartizione del soluto fino al raggiungimento dell'equilibrio, per cui i potenziali saranno uguali:

\mu _{o}^{\circ }+RT\;lna_{o}=\mu _{aq}^{\circ }+RT\;lna_{aq}

da cui si ricava:

{\frac {\mu _{o}^{\circ }-\mu _{aq}^{\circ }}{RT}}=ln\;{\frac {a_{o}}{a_{aq}}}

il rapporto tra le attività è quindi:

{\frac {a_{o}}{a_{aq}}}=e^{\frac {\mu _{o}^{\circ }-\mu _{aq}^{\circ }}{RT}}

Questo rapporto, che dipende solo dalla temperatura, è detto coefficiente di ripartizione (K_D) ed è una grandezza termodinamica.

Nell'uso più comune l'estrazione comporta la separazione di una molecola neutra da una soluzione acquosa verso un ambiente con polarità molto più bassa, in queste condizioni è possibile trascurare i coefficienti di attività per cui il coefficiente di ripartizione può essere inteso come rapporto tra le concentrazioni molari:

K_{D}={\frac {[A]_{o}}{[A]_{aq}}}

Stechiometria dell'estrazione

Il solo coefficiente di ripartizione non basta per fare calcoli esatti sulla stechiometria di un'estrazione, occorre un parametro che tenga conto dei comuni equilibri collaterali. Questo parametro è il coefficiente di distribuzione, definito come rapporto tra le concentrazioni analitiche del soluto nelle due fasi:

D={\frac {C_{o}}{C_{aq}}}

Efficienza di estrazione

L'efficienza percentuale è definita dal rapporto tra le moli di soluto estratte e le moli totali:

\%_{E}={\frac {C_{o}\;V_{o}}{C_{o}\;V_{o}+C_{aq}\;V_{aq}}}

dividendo numeratore e denominatore per C_aqV_o si ricava l'efficienza in relazione del coefficiente di distribuzione:

\%_{E}={\frac {D}{D+{\frac {V_{aq}}{V_{o}}}}}

Estrazioni multiple

È facilmente dimostrabile che la quantità di soluto che rimane in soluzione acquosa dopo n estrazioni è:

C_{aq,\;n}=C_{iniz}\left({\frac {V_{aq}}{DV_{o}+V_{aq}}}\right)^{n}

Quindi è pratica ordinaria effettuare più estrazioni (di norma 3-5) con piccole aliquote di solvente anziché una sola estrazione con molto solvente.

Bibliografia

G. D. Christian, Chimica analitica Piccin ISBN 88-299-0464-3
G.H. Morrison, H. Freiser Solvent Extraction in Analytical Chemistry J. Wiley & Sons, 1957

Voci correlate

Altri progetti

Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su estrazione

Collegamenti esterni

(EN) IUPAC Gold Book, "solvent extraction", su goldbook.iupac.org.

V · D · M

Processi di separazione

Processi

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