Estrazione (chimica)

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Per estrazione in chimica si intende la separazione di una o più sostanze da una matrice mediante trattamento con solvente.

Termodinamica dell'estrazione

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Si considera il potenziale chimico del soluto nelle due soluzioni, quella acquosa (aq) e quella organica (o):

$\mu _{o}=\mu _{o}^{\circ }+RT\;lna_{o}$
$\mu _{aq}=\mu _{aq}^{\circ }+RT\;lna_{aq}$

mescolando le due soluzioni si avrà la ripartizione del soluto fino al raggiungimento dell'equilibrio, per cui i potenziali saranno uguali:

\mu _{o}^{\circ }+RT\;lna_{o}=\mu _{aq}^{\circ }+RT\;lna_{aq}

da cui si ricava:

{\frac {\mu _{o}^{\circ }-\mu _{aq}^{\circ }}{RT}}=ln\;{\frac {a_{o}}{a_{aq}}}

il rapporto tra le attività è quindi:

{\frac {a_{o}}{a_{aq}}}=e^{\frac {\mu _{o}^{\circ }-\mu _{aq}^{\circ }}{RT}}

Questo rapporto, che dipende solo dalla temperatura, è detto coefficiente di ripartizione (K_D) ed è una grandezza termodinamica.

Nell'uso più comune l'estrazione comporta la separazione di una molecola neutra da una soluzione acquosa verso un ambiente con polarità molto più bassa, in queste condizioni è possibile trascurare i coefficienti di attività per cui il coefficiente di ripartizione può essere inteso come rapporto tra le concentrazioni molari:

K_{D}={\frac {[A]_{o}}{[A]_{aq}}}

Stechiometria dell'estrazione

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Il solo coefficiente di ripartizione non basta per fare calcoli esatti sulla stechiometria di un'estrazione, occorre un parametro che tenga conto dei comuni equilibri collaterali. Questo parametro è il coefficiente di distribuzione, definito come rapporto tra le concentrazioni analitiche del soluto nelle due fasi:

D={\frac {C_{o}}{C_{aq}}}

Efficienza di estrazione

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L'efficienza percentuale è definita dal rapporto tra le moli di soluto estratte e le moli totali:

\%_{E}={\frac {C_{o}\;V_{o}}{C_{o}\;V_{o}+C_{aq}\;V_{aq}}}

dividendo numeratore e denominatore per C_aqV_o si ricava l'efficienza in relazione del coefficiente di distribuzione:

\%_{E}={\frac {D}{D+{\frac {V_{aq}}{V_{o}}}}}

Estrazioni multiple

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È facilmente dimostrabile che la quantità di soluto che rimane in soluzione acquosa dopo n estrazioni è:

C_{aq,\;n}=C_{iniz}\left({\frac {V_{aq}}{DV_{o}+V_{aq}}}\right)^{n}

Quindi è pratica ordinaria effettuare più estrazioni (di norma 3-5) con piccole aliquote di solvente anziché una sola estrazione con molto solvente.

Bibliografia

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G. D. Christian, Chimica analitica Piccin ISBN 88-299-0464-3
G.H. Morrison, H. Freiser Solvent Extraction in Analytical Chemistry J. Wiley & Sons, 1957