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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)

The distribution ratio (D) is a key equilibrium parameter in Flüssig-Flüssig-Extraktion (LLE), defined as the total analytical concentration of a solute in the organic phase divided by its total concentration in the aqueous phase. [latex]D = \frac{[S]_{org,total}}{[S]_{aq,total}}[/latex]. Unlike the partition coefficient (K_D), D accounts for all species of the solute, including dissociated or complexed forms, making it pH-dependent.

The distribution ratio, D, is a pragmatic and essential measure for quantifying the effectiveness of a liquid-liquid extraction process under specific conditions. It is distinct from the more fundamental partition coefficient, [latex]K_D[/latex], which describes the distribution of a single, specific chemical species between the two phases ([latex]K_D = \frac{[S]_{org}}{[S]_{aq}}[/latex]). The distribution ratio, D, considers the total concentration of the solute in all its possible forms (e.g., ionized, neutral, complexed) in each phase. This is particularly important for solutes that can undergo chemical reactions like acid-base dissociation or complexation.

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

Potenzielle Innovationsideen

  • KI-Modelle, die Verteilungsverhältnisse für neue Moleküle und Lösungsmittelsysteme vorhersagen
  • Online-Sensoren zur Echtzeitmessung von d in industriellen Prozessen
  • einstellbare Lösungsmittelsysteme, bei denen d durch Licht oder elektrische Felder gesteuert werden kann
  • Software zur Simulation von Mehrkomponentenextraktionen basierend auf komplexen d-Modellen
  • Hochdurchsatz-Screening-Plattformen zur schnellen Bestimmung von d für Tausende von Verbindungen
  • LLE-Systeme zur Trennung von Enantiomeren mit chiralen Komplexbildnern, die d modifizieren
  • using d values to design selective extraction of seltene Erde Elemente
  • Entwicklung von Lernsoftware zur Visualisierung der Wirkung des pH-Werts auf d
  • automatisierte Laborgeräte zur Messung von d-Werten mit minimalem menschlichen Eingriff
  • Zusammenstellung umfangreicher öffentlicher Datenbanken experimentell ermittelter d-Werte
Bezieht sich auf: Verteilungsverhältnis, Verteilungskoeffizient, Nernst Verteilungsgesetz, Flüssig-Flüssig-Extraktion (LLE), Lösungsmittelextraktion, chemisches Gleichgewicht, pH-Abhängigkeit, Extraktionseffizienz, analytische Chemie, Hydrometallurgie.

Historischer Kontext

Verteilungsverhältnis in LLE

1888
1889
1890
1890
1895
1895
1899
1887
1889
1890
1890
1895
1895
1896
1900

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

10. Jahr Jubiläum

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