[科普中国]-"分配系数

简介

当一纯化合物溶于一溶剂而同另一互不相混的溶剂混合振摇时，此化合物即分配于两层溶剂里。当达到平衡状态时，上层溶剂中所溶入的化合物浓度同下层的浓度之比，称为该化合物在这两种溶剂中的分配系数。一般的分配系数是仅对稀溶液而言的，因为只有当溶质浓度低时，分配系数才不受浓度的影响；只有在稀溶液中，混合溶质的各成分才有一定的分配系数，而彼此互不影响。分配系数并不与溶质在两溶剂中的比较溶解度成正比例，因为溶解度必须在饱和状态下。2

基本原理当溶质A溶于两种共存的互不相混的溶剂时，设一种溶剂为水，另一种为有机溶剂，当达到平衡时，A在这两种溶剂中的浓度的比值（严格说应为活度比）在一定温度下为一常数，称为分配系数，用KD表示。

KD=A有/A水

式中 [A有]——溶质A在有机相中的平衡浓度；

[A水]——溶质A在水相中的平衡浓度。

上述规律称为分配定律，它是萃取分离的基本定律。分配系数K值越大，越容易用萃取法分离。3

分配系数的测定注意事项① 从容器壁中溶出离子。在测定分配系数的实验中，常常在酸性溶液中使用稀薄离子溶液（各离子浓度是10-4mol/L或10-3mol/L以下）。因此在使用玻璃容器进行实验时，需要注意从玻璃中溶出的Na。使用的玻璃容器需要预先用2 mol/L的硝酸溶液浸泡，使容器壁转化为氢离子型后使用。移液管等玻璃器具也需要用酸清洗浸泡后使用。为避免Na的污染，用同样方法处理聚乙烯塑料试验容器也是有效的。

② 确认平衡。在低浓度溶液中进行离子交换实验时，常常需要很长时间让反应达到平衡（甚至有反应1个月的例子）。因此，先进行预备实验求出达到平衡所需的时间，然后再进行分配系数的测定实验。

测定方法① 分配系数的测定。以H碱金属离子交换反应为例说明分配系数的测定法。首先，将离子交换材料装入柱子中，流经酸溶液使交换材料转化为氢离子型。取0.1 g氢离子型的离子交换材料装入带盖子的聚乙烯管，加入用硝酸调节酸浓度后的（10-4mol/L LiNO3+10-4 mol/L NaNO3 + 10-4mol/L KNO3 + 10-4mol/L RbNO3 + 10-4mol/L CsNO3）混合溶液10 cm3。在一定时间内慢慢晃动直至反应达到平衡。用原子吸光法测定原液和平衡后上部澄清液中的金属离子浓度。通过离子交换实验前后金属离子浓度的变化计算交换材料中的金属离子含量，再通过以下公式计算分配系数：

Kd（cm3/g）=交换材料中的离子含量（mol/g）/溶液中的离子浓度（mol/cm3）

当50%的离子被交换材料吸附时，分配系数为100 cm3/g。用中和滴定法确定溶液的酸浓度，对低浓度的酸溶液测定其pH值。

② 弱酸性离子交换材料的分配系数。对于弱酸性离子交换材料，因为在酸性范围内几乎不进行离子交换，所以必须在中性至弱碱性范围内测定分配系数。在这种情况下，把碱金属硝酸盐的一部分用碱金属氢氧化物代替可以提高溶液的pH值，由此求出分配系数。4