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Verteilungsverhältnis in LLE

1890
  • Walther Nernst
Aufbau einer Flüssig-Flüssig-Extraktion zur Demonstration des Verteilungsverhältnisses in der analytischen Chemie.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Das Verteilungsverhältnis (D) ist ein wichtiger Gleichgewichtsparameter bei der Flüssig-Flüssig-Extraktion (LLE), definiert als die analytische Gesamtkonzentration eines gelösten Stoffes in der organischen Phase geteilt durch seine Gesamtkonzentration in der wässrigen Phase. [latex]D = \frac{[S]_{org,total}}{[S]_{aq,total}}[/latex]. Im Gegensatz zum Verteilungskoeffizienten (K_D) berücksichtigt D alle Spezies des gelösten Stoffes, einschließlich dissoziierter oder komplexierter Formen, was ihn pH-abhängig macht.

Das Verteilungsverhältnis D ist ein pragmatisches und essentielles Maß zur Quantifizierung der Effektivität einer Flüssig-Flüssig-Extraktion unter bestimmten Bedingungen. Es unterscheidet sich vom fundamentaleren Verteilungskoeffizienten KD, der die Verteilung einer einzelnen, spezifischen chemischen Spezies zwischen den beiden Phasen beschreibt (KD = [S]org/[S]aq). Das Verteilungsverhältnis D berücksichtigt die Gesamtkonzentration des gelösten Stoffes in all seinen möglichen Formen (z. B. ionisiert, neutral, komplexiert) in jeder Phase. Dies ist besonders wichtig für gelöste Stoffe, die chemische Reaktionen wie Säure-Base-Dissoziation oder Komplexierung eingehen können.

Beispielsweise enthält die wässrige Phase einer schwachen Säure HA sowohl HA als auch ihre konjugierte Base A⁻, während die organische Phase typischerweise nur die neutrale HA-Form enthält. Das Verteilungsverhältnis beträgt [latex]D = frac{[HA]_{org}}{[HA]_{aq} + [A^-]_{aq}}[/latex]. Da die Konzentration von A⁻ vom pH-Wert der wässrigen Lösung abhängt, ist auch das Verteilungsverhältnis D eine Funktion des pH-Werts. Diese Abhängigkeit wird bei pH-Schwankungsextraktionen genutzt, bei denen ein gelöster Stoff bei einem pH-Wert (hoher Wert von D) extrahiert und bei einem anderen pH-Wert (niedriger Wert von D) aus dem Lösungsmittel zurückgewonnen wird. Der Wert von D beeinflusst direkt die Extraktionseffizienz (E), d. h. den Anteil des in die organische Phase überführten gelösten Stoffes, gegeben durch [latex]E = frac{D}{D + (V_{aq}/V_{org})}[/latex], wobei V die Phasenvolumina darstellt. Daher sind die präzise Steuerung und Modellierung von D von grundlegender Bedeutung für die Entwicklung effizienter, mehrstufiger Extraktionsprozesse.

UNESCO Nomenclature: 2202
– Analytische Chemie

Typ

Physikalische Eigenschaft

Störung

Inkremental

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Josiah Willard Gibbs' Arbeiten zur chemischen Thermodynamik und Phasenregel
  • Henrysches Gesetz zur Beschreibung der Gaslöslichkeit
  • Arrhenius-Theorie der elektrolytischen Dissoziation
  • Guldberg und Waages Gesetz der Massenwirkung

Anwendungen

  • Auslegung und Optimierung industrieller Extraktionskolonnen
  • Vorhersage der Effizienz pharmazeutischer Reinigungsverfahren
  • Umweltwissenschaften zur Modellierung des Schadstoffverhaltens in Wasser-Sediment-Systemen
  • Hydrometallurgisches Prozessdesign zur Metallrückgewinnung
  • Entwicklung analytischer chemischer Trennmethoden

Patente:

NA

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Related to: distribution ratio, partition coefficient, Nernst distribution law, LLE, solvent extraction, chemical equilibrium, pH-dependent, extraction efficiency, analytical chemistry, hydrometallurgy.

Historischer Kontext

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1900

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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