Кривые равновесия фаз в треугольных диаграммах

На рис. 5 представлена типовая тройная система, причем компоненты А и В, а также ВиСнеограниченно растворимы друг в друге, а компоненты А и С ограниченно растворимы и в определенных соотношениях образуют двухфазную жидкую смесь. На рис. 5 кривая равновесия NKT— пограничная (бинодальная*- т.к. охватывает значение концентрации двух сосуществующих растворов). Каждая бинодальная кривая для данной системы соответствует определенной температуре, так как при изменении температуры изменяется растворимость и кривая меняет свое положение, которое определяется экспериментально. Обычно при повышении температуры область существования гетерогенной (расслаивающейся) системы уменьшается и, при так называемой критической температуре растворения, фазы рафината и экстракта сливаются в одну общую фазу.

Изменение давления в пределах 1—20 ат не оказывает заметного влияния на растворимость. Точки, лежащие внутри области, ограниченной бинодальной кривой, характеризуют двухфазную расслаивающуюся систему. Точка К— критическая точка, характеризующая состав, при котором расслоение растворов прекращается и образуется гомогенный раствор.

Область вне бинодальной кривой — область гомогенных (нерасслаивающихся) растворов.

Ветвь бинодальной кривой NK, характеризует составы рафината, а вегвь

КТ— составы экстрактов В области гетерогенных растворов каждому составу рафината Rсоответствует вполне определенный состав экстракта Е.

Прямые, соединяющие составы двух сосуществующих слоев рафината н экстракта (например, R₁E₁, R₂E₂, R₃E₃), называются линиями сопряжения *

Линии сопряжения не параллельны друг другу, так как компонент В, добавленный к какой-либо гетерогенной системе, неравномерно распределяется между рафинатом и экстрактом.

Процессы экстрагирования осуществляются только в области гетерогенных смесей. Так, если гетерогенная смесь общего состава характеризуется точкой М(рис. 5), то такая система образует две равновесные фазы, состав которых после расслаивания определится сопряженными точками R₂и Е₂, лежащими на пересечении линии сопряжения, проходящей через точку М, с ветвями бинодальной кривой.

Количество образовавшихся при расслоении фаз рафината и экстракта можно определить, измерив в одинаковом масштабе отрезки прямой МЕ₂ и МR₂ из соотношения

R₂/Е₂ =МЕ₂/МR₂

С учетом приведенного соотношения, можно оценивать ко­личества распределяющегося вещества в рафинате и экстракте.

На рис.6 в качестве примера показана треугольная даграмма растворимости в системе СН₃СОСН₂СН(СН₃)₂ (гексон)-HNO₃-Н₂О при 25^о. Вершины этого треугольника соответствуют чистым компонентам. Каждая точка внутри треугольника соответствует определенному соотношению концентрация этих компонентов: например точка С соответствует соотношению –гексон: Н₂О: HNO₃= 20:50:30.Пространство треугольника ограниченное кривой насыщения представляет собой гетерогенную область системы, расслаивающуюся при отстаивании на двефазы: фазу рафината(или остатка)R и фазу экстракта (или растворителя) Е. Количество этих фаз пропорционально длине отрезков RС и СЕ. Наклон линии сопряжения RЕ зависит от величины коэффициента распределения; при приближении к критической точке К этот коэффициент стремится к единице.

Пользуясь треугольными диаграммами, удобно рассчитывать состав фаз. Эффективность экстрагирования выражается обsчно коэффициентом извлечения Е, равным отношению количества компонента в фазе экстракта Q_Eк количеству его в фазе рафината Q_R.

Коэффициент извлечения при достижении равновесия связан с коэффициентом распределения следующим равенством:

V_E

E= K -----

V_R

где V_E- объем фазы экстракта; V_R - объем фазы рафината; K- коэффициент распределения, равный отношению концентраций С_Е /С_R. (см. формулу 1).

Очевидно, чем больше взято растворителя для экстракции, тем больше коэффициент извлечения.

На (Э) влияют: состав органического растворителя, валентность экстрагируемого иона, концентрация всех веществ, участвующих в образовании экстрагируемого соединения, рН раствора, наличие комплексообразователей, вещество мишени (если необходимо выделить изотоп без носителя), наличие высаливателей, температура среды, продукты радиолиза, возможность адсорбции.