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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)

The distribution ratio (D) is a key equilibrium parameter in Estrazione liquido-liquido (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.

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

  • modelli di intelligenza artificiale che prevedono rapporti di distribuzione per nuove molecole e sistemi solventi
  • sensori on-line per la misurazione in tempo reale di d nei processi industriali
  • sistemi solventi sintonizzabili in cui d può essere controllato da campi luminosi o elettrici
  • software per la simulazione di estrazioni multicomponente basate su modelli d complessi
  • piattaforme di screening ad alto rendimento per determinare rapidamente d per migliaia di composti
  • Sistemi LLE per la separazione degli enantiomeri mediante agenti complessanti chirali che modificano d
  • using d values to design selective extraction of terre rare elementi
  • sviluppo di software didattico per visualizzare l'effetto del ph su d
  • apparecchiature di laboratorio automatizzate per la misurazione dei valori d con un intervento umano minimo
  • compilazione di ampi database pubblici di valori d determinati sperimentalmente
Correlato a: rapporto di distribuzione, coefficiente di partizione, Nernst Legge di distribuzione, equilibrio liquido-liquido, estrazione con solvente, equilibrio chimico, dipendente dal pH, efficienza di estrazione, chimica analitica, idrometallurgia.

Contesto storico

Rapporto di distribuzione in LLE

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

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

decimo anno anniversario

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