Chemia środowiska

3. Na czym polega zjawisko ekstrakcji- przykłady.

Ekstrakcja jest metodą wydzielania substancji chemicznej z roztworu lub z mieszaniny substancji stałych. W metodzie tej wykorzystuje się dużą różnicę w rozpuszczalności związku w roztworze ekstrahowanym i w rozpuszczalniku.

Ekstrakcja z roztworu polega na kontaktowaniu tego roztworu z rozpuszczalnikiem rozpuszczającym ekstrahowany związek i nie mieszającym się lub mieszającym się w niewielkim stopniu z ekstrahowanym roztworem.

Ekstrakcja z mieszaniny substancji stałych polega na kontaktowaniu tej mieszaniny z rozpuszczalnikiem rozpuszczającym ekstrahowaną substancję, natomiast nie rozpuszczającym lub rozpuszczającym w niewielkim stopniu pozostałe składniki mieszaniny. Substancja ekstrahowana przechodzi w trakcie tego procesu z roztworu, lub mieszaniny substancji stałych, do rozpuszczalnika. Rozpuszczalnik oddziela się od fazy ekstrahowanej, suszy i odparowuje lub oddestylowuje.

[ Preparatyka Organiczna- praca zbiorowa pod redakcją Tadeusz Kiersznickiego]

Zjawiska zachodzące podczas ekstrakcji podlegają tzw. prawu podziału Nernsta. Według tego prawa jeśli do układu dwóch nie mieszających się (lub mieszających się w bardzo niewielkim stopniu) cieczy A i B tworzących dwie warstwy doda się pewną ilość trzeciej substancji rozpuszczalnej w obu cieczach, wówczas ustali się równowaga powodująca podział tej substancji między obie ciecze w taki sposób, że stosunek stężenia substancji w rozpuszczalniku A (C_A) do stężenia tej substancji w drugim rozpuszczalniku B (C_B) jest w stałej temperaturze wielkością stałą.

CA	= const. = K ; K – stała podziału
CB

Znając wartość stałej podziału dla danego układu trzech substancji można obliczyć, że jednokrotna ekstrakcja dużą porcją rozpuszczalnika jest mniej efektywna niż kilkakrotna ekstrakcja małymi porcjami rozpuszczalnika. Ilość substancji (w_n), która po n ekstrakcjach pozostanie w rozpuszczalniku, np. przy ekstrakcji z warstwy wodnej, wynosi:

wn = wo	K ●·v	^n
	K●v + s

gdzie: w_o – ilość substancji zawarta w roztworze wodnym,

w_n – ilość substancji zawarta w rozpuszczalniku organicznym,

K – stała podziału między wodę i rozpuszczalnik organiczny,

v – objętość roztworu wodnego,

s – objętość porcji rozpuszczalnika użytego do ekstrakcji. [www.chem.uw.edu.pl/zcho/msos/materialy/ekstrakcja.doc]

W zależności od tego, czy ekstrahowany związek znajduje się w roztworze, czy też w mieszaninie substancji stałych, jak również w zależności od sposobu przeprowadzania ekstrakcji rozróżnia się następujące warianty ekstrakcji:

• Periodyczną ekstrakcję z roztworu, zwaną krótko ekstrakcją;

• Ciągłą ekstrakcję z roztworu, zwana perforacją;

• Periodyczna ekstrakcja z mieszaniny substancji stałych ,,na zimno’’ zwana maceracją;

• Periodyczna ekstrakcja z mieszaniny substancji stałych ,, na gorąco” zwana di gestią

• Ciągła ekstrakcja z mieszaniny substancji stałych, zwana perkolacją;

• Ciągła ekstrakcja z mieszaniny substancji stałych ,,na gorąco” z zastosowaniem automatycznie działających ekstraktorów np. ekstraktora Soxhleta. [

[Preparatyka Organiczna- praca zbiorowa pod redakcją Tadeusz Kiersznickiego]

Przykłady zastosowania ekstrakcji: ekstrakcja zanieczyszczeń organicznych (np.węglowodorów aromatycznych i alifatycznych czy pestycydów) z gleby, wyodrębnianie substancji czynnych z surowców roślinnych ,ekstrakcja ciągła części roślin w aparacie Soxhleta przy użyciu rozpuszczalników organicznych do uzyskania olejku eterycznego. Izolacja antyoksydantów z materiałów roślinnych (np. ziół i przypraw),otrzymywanie aromatów naturalnych z olejów roślinnych, izolacja barwników z materiałów roślinnych. Usuwanie zanieczyszczeń organicznych z produktów mleczarskich

Przykładem procesu ekstrakcji w układzie ciało stałe – ciecz jest proces parzenia kawy lub herbaty. Zawarte w kawie substancje smakowe dyfundują z ziarna (surowiec) do wody (ekstrahent)