Podcast na Nernstův rozdělovací zákon a extrakce

Kapitoly

Co je to extrakce?

Rozdělovací koeficient

Příklad z praxe

Jód a tetrachlormethan

Účinnost extrakce v praxi

Závěr a rozloučení

Přepis

Eliška: Dělali jste si dneska ráno čaj? Jestli ano, tak jste prováděli extrakci. V podstatě jste donutili látky z čajových lístků přejít do horké vody.

Martin: Přesně tak. A přesně o tomhle principu, i když v trochu složitějším měřítku, se dnes budeme bavit. Posloucháte Studyfi Podcast.

Eliška: Takže extrakce je vlastně přetahování látky mezi dvěma prostředími, která se nesmíchají?

Martin: Perfektně řečeno! Představ si olej a vodu. Ty se nesmíchají. Když do nich ale přidáš třeba jód, který je rozpustný v obou, začne se mezi nimi dělit. A po chvíli se ustaví rovnováha – koncentrace jódu v oleji a ve vodě se už nemění. Tomuhle stavu říkáme rozdělovací rovnováha.

Eliška: A tady přichází na scénu ten Nernstův rozdělovací zákon, že? Co nám vlastně říká?

Martin: Říká nám, že poměr koncentrací té látky v obou kapalinách je za dané teploty konstantní. Této konstantě říkáme rozdělovací koeficient, značíme ho písmenem 'k'. Je to jednoduchý vzorec: k se rovná koncentrace v první kapalině děleno koncentrací v druhé kapalině. Nic víc, nic míň.

Eliška: Aha, takže ten koeficient je v podstatě číslo, které mi řekne, jak moc má daná látka radši jednu kapalinu než tu druhou.

Martin: Ano, dá se to tak říct. Pokud je 'k' třeba 50, znamená to, že v rovnováze bude v první kapalině padesátkrát vyšší koncentrace než v té druhé.

Eliška: Pojďme si to ukázat na příkladu. Co třeba čištění odpadních vod od fenolu?

Martin: Skvělý příklad z farmaceutického průmyslu. Řekněme, že máme litr odpadní vody, kde je koncentrace fenolu 20 gramů na litr. Chceme ji snížit na tisícinu, tedy na 0,02 gramu na litr. K extrakci použijeme butylacetát.

Eliška: A známe ten „oblíbenostní“ koeficient?

Martin: Známe. Rozdělovací koeficient 'k' pro fenol mezi butylacetátem a vodou je 55. To znamená, že fenol má butylacetát 55krát „radši“ než vodu.

Eliška: Dobře, chápu. Takže když ve vodě má být na konci koncentrace 0,02 g/l, jaká bude v butylacetátu?

Martin: Jednoduše. Vynásobíme to koeficientem. Takže 55 krát 0,02 se rovná 1,1 gramu na litr. To bude konečná koncentrace fenolu v butylacetátu.

Eliška: A kolik toho butylacetátu budeme potřebovat? Musíme z vody dostat skoro celých 20 gramů fenolu, že?

Martin: Přesně, konkrétně 19,98 gramu. A teď už je to jen jednoduchá trojčlenka. Když víme, že v jednom litru butylacetátu se rozpustí 1,1 gramu fenolu, kolik litrů potřebujeme na 19,98 gramu? Vydělíme 19,98 číslem 1,1 a vyjde nám 18,16 litru.

Eliška: Páni. Takže na vyčištění jednoho litru vody potřebujeme přes 18 litrů butylacetátu. To je docela hodně, ale princip je jasný.

Martin: Přesně tak. Je to sice hodně, ale ukazuje to, jak důležité je zvolit správné rozpouštědlo. A to nás přivádí k dalšímu tématu, které s tím úzce souvisí – fyzikální farmacii a rozdělovacím koeficientům.

Eliška: Dobře, další příklad? Jsem připravená!

Martin: Super. Představ si, že máme jeden gram jódu a chceme ho rozdělit mezi vodu a tetrachlormethan. Po protřepání zjistíme koncentraci jódu v tetrachlormethanu 0,44 gramu na litr a ve vodě 0,0516 gramu na litr.

Eliška: Takže první krok bude spočítat rozdělovací koeficient, že?

Martin: Přesně! Jak bys na to šla?

Eliška: No, jednoduše vydělím koncentraci v organické fázi tou ve vodné fázi. Takže 0,44 děleno 0,0516... to je... moment... 8,53.

Martin: Výborně! Koeficient je 8,53. Teď otázka – kolik tetrachlormethanu jsme na to potřebovali?

Eliška: Aha, to už zní složitěji.

Martin: Ale není. Z jednoho litru vody víme, že tam zůstalo 0,0516 gramu jódu. Kolik ho tedy přešlo do tetrachlormethanu?

Eliška: Když jsme začínali s jedním gramem... tak 1 mínus 0,0516, což je 0,9484 gramu.

Martin: Bingo. A když víš, že v tetrachlormethanu je koncentrace 0,44 gramu na litr, tak objem spočítáš jako hmotnost děleno koncentrace. Vyjde ti 2,16 litru.

Eliška: Rozumím. Takže jsme potřebovali přes dva litry, abychom dostali většinu jódu z vody. Dává to smysl. Pojďme na další!

Martin: Dobře. Máme dva litry vodného roztoku látky o koncentraci 1 mol na litr. Přidáme chloroform a po protřepání je koncentrace ve vodě 0,2 mol/l a v chloroformu 0,8 mol/l. Jaký je rozdělovací koeficient?

Eliška: To je snadné! 0,8 děleno 0,2 jsou 4.

Martin: Perfektní. A teď to nejdůležitější: kolik procent látky jsme vlastně dostali z vody pryč?

Eliška: Na začátku jsme měli 2 litry s koncentrací 1 mol/l, takže celkem 2 moly látky. Po extrakci v těch dvou litrech zbylo... 0,2 krát 2... jen 0,4 molu.

Martin: Správně. Takže jsme extrahovali 1,6 molu. A to je v procentech?

Eliška: 1,6 z 2... to je 80 %! Páni, to je skvělá účinnost.

Martin: Přesně tak. A o tom to celé je. Najít správné podmínky pro co nejefektivnější extrakci.

Eliška: Dnešní téma bylo opravdu praktické. Od čištění vody po izolaci látek. Děkuju, Martine, za skvělé vysvětlení.

Martin: Já děkuji za pozornost. Klíčové je pamatovat na rozdělovací koeficient. Ten nám říká, jak se látka „rozhodne“ mezi dvěma fázemi.

Eliška: Tak se mějte hezky, milí posluchači, a těšíme se na vás u dalšího dílu Studyfi Podcastu. Na slyšenou!

Martin: Na slyšenou.