Echilibrul fizic in sisteme eterogene policomponente. Legea de distributie Nernst ; demonstrarea prin metoda potentialelor chimice; aplicatii ale fenomenului de repartitie

Echilibrul fizic in sisteme eterogene policomponente. Legea de distributie Nernst ; demonstrarea prin metoda potentialelor chimice; aplicatii ale fenomenului de repartitie

S-a stabilit experimental ca intr-un sistem bifazic compus din doua lichide nemiscibile sau partial miscibile, un al treilea component, solubil in ambele faze se repartizeaza in proportii determinate intre cei doi solventi, la echilibru.

Legea de distributie sau de repartitie formulata de Nernst: raportul concentratiilor sau al activitatilor unui component distribuit intre doi      solventi nemiscibili in contact, este constant la echilibru in conditii izoterm - izobare.

Se noteaza cu a si b cele doua faze lichide din sistem, componentul dizolvat are indicele inferior (2). Legea Nernst coreleaza proprietatile a doua solutii.

In solutii perfecte sau diluate ideale daca se exprima concentratiile prin fractii molare constanta de distributie Nernst se defineste prin raportul:

Sistemul bifazic si tricomponent, la T si P constante este univariant, conform legii fazelor:

      rezulta variatia arbitrara a uneia din cele doua valori x2 sau x2 determina automat si modificarea celeilalte fractii molare, pentru mentinerea starii de echilibru.

La concentratii mai mari, in solutii reale, se utilizeaza activitatile in loc de fractii molare. Raportul activitatilor nu este riguros constant si se numeste coeficient de distributie:

Metoda potentialelor chimice

la echilibru

      dar       si

rezulta:

rezulta:

Cum raportul este constant la p si T invariabile rezulta raportul de sub logaritm este constant:

      rezulta

In solutii diluate, activitatile pot fi substituite cu valorile concentratiilor:

Aplicatii ale fenomenului de repartitie

a) Extractia cu solventi este o metoda clasica utilizata practic in majoritatea cazurilor pentru separarea anumitor compusi organici dintr-o solutie apoasa policomponenta cu mai multe specii chimice dizolvate.Tehnica extractiei prevede adaugarea la solutia initiala apoasa a unui alt solvent, nemiscibil cu apa dar in care compusul organic de interes are solubilitatea mai mare decat in apa.

b) Evaluarea experimentala a coeficientilor de distributie pentru diversi compusi in mai multe perechi de solventi nemiscibili reciproc este importanta de exemplu in farmacognozie pentru selectarea solventilor optimi de imbogatire a unor fractiuni extractive in compusi activi, din materiale vegetale. In farmacodinamie, in farmacocinetica si in toxicologie se aplica metoda extractiei pentru separarea din medii biologice in vederea identificarii si dozarii ulterioare a compusilor cu actiune terapeutica si a metabolitilor lor.

c) Legea de distributie Nernst conduce la concluzia importanta ca extractia repetata cu volume mici de solvent optim selectat conduce la recuperarea unei cantitati mai mari de compus comparativ cu cea obtinuta printr-o extractie unica folosind volumul total de solvent extractiv al extractiilor partiale.

d) Fenomenul de repartitie poate interveni alaturi de adsorbtie in cromatografia in strat subtire sau pe coloana.

e) Determinarea experimentala a solubilitatii unui compus intr-un solvent la o temperatura data pe baza legii de distributie Nernst.

f) Legea de repartitie poate fi utilizata ca o metoda de determinare a activitatilor termodinamice a compusului (2) intr-un solvent, cunoscand activitatea acestuia in cel de al doilea lichid si coeficientul de repartitie.