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Rapporto di distribuzione in LLE

1890
  • Walther Nernst
Configurazione dell'estrazione liquido-liquido che dimostra il rapporto di distribuzione nella chimica analitica.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Il rapporto di distribuzione (D) è un parametro di equilibrio fondamentale nell'estrazione liquido-liquido (LLE), definito come la concentrazione analitica totale di un soluto nella fase organica divisa per la sua concentrazione totale nella fase acquosa. [latex]D = \frac{[S]_{org,total}}{[S]_{aq,total}}[/latex]. A differenza del coefficiente di ripartizione (K_D), D tiene conto di tutte le specie del soluto, comprese le forme dissociate o complessate, il che lo rende dipendente dal pH.

Il rapporto di distribuzione, D, è una misura pragmatica ed essenziale per quantificare l'efficacia di un processo di estrazione liquido-liquido in condizioni specifiche. Si distingue dal più fondamentale coefficiente di ripartizione, [latex]K_D[/latex], che descrive la distribuzione di una singola specie chimica specifica tra le due fasi ([latex]K_D = frac{[S]_{org}}{[S]_{aq}}[/latex]). Il rapporto di distribuzione, D, considera la concentrazione totale del soluto in tutte le sue possibili forme (ad esempio, ionizzata, neutra, complessata) in ciascuna fase. Ciò è particolarmente importante per i soluti che possono subire reazioni chimiche come la dissociazione acido-base o la complessazione.

Ad esempio, per un acido debole HA, la fase acquosa contiene sia HA che la sua base coniugata A⁻, mentre la fase organica contiene tipicamente solo la forma neutra di HA. Il rapporto di distribuzione sarebbe [latex]D = frac{[HA]_{org}}{[HA]_{aq} + [A^-]_{aq}}[/latex]. Poiché la concentrazione di A⁻ dipende dal pH della soluzione acquosa, il rapporto di distribuzione D diventa una funzione del pH. Questa dipendenza viene sfruttata nelle estrazioni a variazione di pH, in cui un soluto viene estratto a un pH (dove D è elevato) e rimosso dal solvente a un altro pH (dove D è basso). Il valore di D influenza direttamente l'efficienza di estrazione (E), che è la frazione di soluto trasferita alla fase organica, data da [latex]E = frac{D}{D + (V_{aq}/V_{org})}[/latex], dove V rappresenta i volumi di fase. Pertanto, il controllo e la modellazione precisi di D sono fondamentali per la progettazione di processi di estrazione multistadio efficienti.

UNESCO Nomenclature: 2202
– Chimica analitica

Tipo

Proprietà fisica

Interruzione

Incrementale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Il lavoro di Josiah Willard Gibbs sulla termodinamica chimica e sulla regola delle fasi
  • Legge di Henry che descrive la solubilità dei gas
  • Teoria di Arrhenius della dissociazione elettrolitica
  • La legge dell'azione di massa di Guldberg e Waage

Applicazioni

  • progettazione e ottimizzazione di colonne di estrazione industriali
  • prevedere l'efficienza dei processi di purificazione farmaceutica
  • scienza ambientale per la modellazione del destino degli inquinanti nei sistemi acqua-sedimento
  • progettazione del processo idrometallurgico per il recupero dei metalli
  • sviluppo di metodi di separazione chimica analitica

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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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.

Contesto storico

Rapporto di distribuzione in LLE

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(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

Invenzioni, innovazioni e principi tecnici correlati

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