شیمی و آزمایشگاه

استخراج

استخراج روشي است براي جداسازي كه مستلزم انتقال جسمي از يك فاز به فاز ديگر ميباشد. در بعضي مواقع لازم است براي بازيابي يك جسم آلي از محلول آبي از راههايي غير از تقطير استفاده شود. يكي از اين راهها تماس دادن محلول آبي با يك حلال غير قابل امتزاج با آب است. اگر حلال خاصيت جداسازي را داشته باشد بيشتر مواد آلي از لايه آبي به حلال آلي (حلال غير قابل امتزاج با آب) انتقال پيدا ميكند. روش استخراج مايع – مايع در جدا كردن تركيبهاي آلي از مخلوط مصرف بسيار زيادي دارد. يكي از خواص حلال كه براي استخراج به كار برده ميشود اين است كه قابليت حل شدن آن در آب و يا هرماده ديگري كه جسم آلي را در خود حل كرده كم باشد و يا بهتر از آن اينكه اصلاً حل نشود. همچنين بايد فرار باشد تا براحتي بتوان آنرا از تركيب يا تركيبات آلي استخراج شده، تقطير نمود. با توجه به مطالب فوق جسم استخراج شونده بايد در حلال استخراج كننده به خوبي حل شود و قابليت انحلال در اين حلال خيلي بيشتر از آب باشد. ضمنا حلال استخراج كننده هيچ نوع واكنشي با آب يا مواد قابل استخراج نبايد بدهد. مهمترين حلالي كه در استخراج به كار گرفته ميشود دي اتيل اتر است كه توانائي حل كردن تعداد زيادي از تركيبات را در خود دارد. دي اتيل اتر نسبت به اكثر تركيبات بي اثر بوده و به راحتي به وسيله يك تقطير ساده از مخلوط بازيابي ميشود. اما اشكال مهم آن اين است كه آتشگير بوده و خيلي زود در هوا محترق ميشود.

از نظر كمي پخش يك جسم بين دو حلال غير قابل امتزاج را بر حسب ضريب پخش (ضريب تفكيك) K بيان ميكنند.

غلظت A در حلال S /غلظت A در حلال S = K

بديهي است براي اين كه A در يكي از دو مايع غير قابل اختلاط كاملا حل شود، بايد مقدار K بينهايت يا صفر باشد. عملا هيچ يك از اين دومقدار به دست نمي آيدبا اين حال تا زماني كه مقدار K بزرگتر از 1 و حجم حلال S برابر يا بزرگتر از حلال S باشد مقدارجسم در حلال S بيشتر خواهد بود.

يكي ديگر از نتايج قانون پخش (معادله بالا) اين است كه چنانچه براي جدا كردن جسم از محلول آن در S بايد جمعا حجم معيني از حلال S به كار رود، ميتوان نشان داد كه انجام چند استخراج متوالي با قسمتهايي از آن حجم بهتر از يك استخراج با تمام آن حجم است. مثلا در استخراج محلول آبي بوتيريك اسيد، مقدار اسيدي كه به كمك دو استخراج متوالي با قسمتهاي 50 ميلي ليتري اتر به دست مي آيد، بيشتر از اسيدي است كه به كمك يك استخراج با 100 ميلي ليتر اتر خارج ميشود. با اين حال سه استخراج متوالي با قسمتهاي 33 ميلي ليتري بهتر خواهد بود. با اين حال حدي وجود دارد كه بعد از آن ديگر استخراج اضافي بازده قابل ملاحظه اي نداد. ضمنا واضح است هرچه ضريب پخش بزرگتر باشد تعداد استخراج مكرري كه براي جدا كردن كامل جسم لازم است كمتر ميشود.

هنگام انتخاب حلال جهت استخراج يك جزء از محلول بايد چند اصل كلي را به خاطر سپرد. (1) حلال استخراج با حلال محلول اصلي بايد غير قابل اختلاط باشند. (2) حلال انتخابي بايد براي جزء مورد نظر مناسبترين ضريب پخش و براي ناخالصيها يا اجزاي ديگر ضرايب نامناسبي داشته باشد. (3) حلال انتخابي بايد مانند تبلور مجدد از نظر شيميايي با اجزاي مخلوط، واكنش نامناسبي ندهد. (4) پس از استخراج بايد بتوان حلال را به آساني از جسم حل شده جدا كرد. معمولا حلال را با تقطير جدا ميكنند.

هنگامي كه يكي از حلالها آب باشد، ضرايب پخش اسيدها و بازهاي آلي به مقدار زيادي تحت تاثير pH قرار ميگيرد. اسيد آلي كه در 7pH= در آب نامحلول باشد ممكن است در محلول آبي رقيق سديم هيدروكسيد يا سديم بي كربنات كاملا حل شود. در چنين حالي خروج پروتون از اسيد، باز مزدوج مربوط را ايجاد ميكند و اين باز به علت خاصيت يوني خود در آب كه حلالي قطبي است بيشتر حل ميشود.

(براي مشاهده ي اين معادلات به آدرس خود سايت گفته شده در بالا مراجعه بفرماييد)

به همين روش باز آلي كه در 7pH= در آب نامحلول باشد، ممكن است در محيط اسيدي (pH كمتر از 7) مانند كلريدريك اسيد كاملا حل شود. در اين حالت افزايش حلاليت به علت پروتوندار شدن باز آلي به وسيله اسيد آبي و ايجاد اسيد مزدوج قطبي است كه در آب بيشتر محلول است.

بنابر اين اسيدها و بازهاي آلي را ميتوان به طور انتخابي از حلالهاي آلي غير قطبي مانند اتر، دي كلرومتان، بنزن و غيره به كمك استخراج با محلول آبي كه pH مناسبي داشته باشد جدا كرد. با خنثي كردن محلول آبي ميتوان اسيد يا باز آلي اوليه را دوباره از آن به دست آورد. افزايش باز آبي به محلول اسيدي باعث ازاد شدن باز آلي ميشود، در حالي كه افزايش اسيد آبي به محلول بازي، اسيد آلي را آزاد ميكند.

براي انجام استخراج محلول را در قيف جدا كننده ميريزند (توجه كنيد شير بسته باشد) و به آن مقداري حلال استخراجي اضافه ميكنند (قيف نبايد بيش از سه چهارم پر شود). دهانه بالاي قيف جدا كننده را با در لاستيكي يا سنباده اي كه اكثر قيفها دارا هستند ميبندند. هنگام تكان دادن قيف آنرا به نحو به خصوصي نگاه ميدارند

قيف و محتويات آنرا به شدت تكان ميدهند تا دو مايع غير قابل اختلاط تا حد ممكن با هم تماس پيدا كنند. منظور از اين تكان آن است كه سطح تماس دو حلال افزايش بيشتري يابد تا جسم در زمان نسبتا كمتري در بين آنها پخش شود و به حالت تعادل برسد. بايد هر چند ثانيه قيف را برگرداند (شير به طرف بالا) و با احتياط شير آنرا باز كرد تا گاز قيف خارج شود و فشاري كه در آن ايجاد شده از بين برود. اين عمل مخصوصا وقتي حلالي با نقطه جوش كم به كار ميرود و يا يك محلول اسيدي با سديم بي كربنات استخراج ميشود (گاز CO2 آزاد ميشود) اهميت پيدا ميكند. در صورتي كه اين كار انجام نشود ممكن است در قيف و محتويات آن به شدت به بيرون بپرد. پس از تكان دادن كافي (حدود 2 دقيقه تكان شديد) براي آخرين بار گاز قيف را خارج ميكنند و آنرا در روي حلقه اي قرار ميدهند و ميگذارند تا لايه ها از هم جدا شوند. پس از آن لايه پاييني را به دقت از راه شير به داخل ظرفي ريخته و دو لايه مايع را از هم جدا ميكنند.