数回に分けて抽出する理由

質問

先日、化学の実験で安息香酸をクロロホルムで抽出しました。
その際『クロロホルムを数回に分けて抽出した方が収率があがる』と教えていただきました。
が、それは何故ですか？

それと、分液ロートに安息香酸とクロロホルムそして水を入れた場合と、
安息香酸とクロロホルムそして弱塩基性を示す水溶液を入れた場合とでは
クロロホルム層での安息香酸の収率が変わってきます。
後者の方がクロロホルム層から得られる安息香酸の量は減ります。
しかし水層に塩酸を加えると安息香酸の結晶が析出してきました。
これはもともとクロロホルムと溶け合っていた安息香酸分子が
安息香酸イオンとなり水層の方に移動して、塩を作り塩酸で中和され再び安息香酸が析出したと考えられるのですが、
なぜ移動したのですか？なぜイオンとなったのでしょうか？
水溶液の電離度などが関係しているのでしょうか？
お教えいただけると幸いです！

回答No.1

yukimin387 · ベストアンサー

抽出には分配比というものがあります。
ある一定量のクロロホルムを一度にすべて使って抽出した場合に水層：クロロホルム層＝１：９ぐらいで分配されたとしましょう。この場合クロロホルムに抽出される安息香酸の量は全体の９０％になります。
次にクロロホルムを半分ずつ２回に分けて抽出した場合、１回ごとの分配比は多少落ちます。２：８ぐらいになったとして、１回目で８０％抽出でき、２回目の残りの２０％からまた２：８で分配されるわけですから、さらに１６％抽出できます。合計で９６％です。
３回に分けた場合に分配比が３：７だとすれば、７０＋２１＋６．３＝９７．３％となります。
考え方としては、こんな感じです。

安息香酸は弱いながらも酸なので、弱塩基性の水溶液と反応すると安息香酸イオンとなります。こうなると有機溶媒よりも水に溶けやすくなるので水層に移動します。
（一応クロロホルムに溶けている状態の安息香酸を弱塩基性の水溶液の層にイオンとして移動させるためにはよく振り混ぜることが必要です。二層に分かれたままではあまり反応しません。）

＞なぜイオンとなったか
安息香酸の酸性度が水より高いからかな。

＞なぜ移動したか
イオンとなると有機溶媒より水に溶けやすいから。

お礼

返信が遅くなってしまって申し訳ありません。
とても分かりやすい分配比の説明ありがとうございました！
おかげで先生がおっしゃられていた事も理解できてスッキリです☆彡
一応辞書など見てはいたのですけど分配の法則やら、分配の比やら分配係数やら『なんのこっちゃぁー！』の状態でしたので本当に助かりました！ありがとうございました！！

回答No.2

noname#160321

＃１のお答えでほぼ完璧ですので追加だけ。
分配については＃１のお答えで全てです。同じ事が「洗浄」についても言えます。「純水」９０ｍLで１回洗うよりも３０ｍLで３回洗った方が残存物は減ります、なおこの場合、はじめから全部溶けている場合です。溶けずに残っている部分があるのは除外。
>>なぜ移動したのですか？
おっしゃるとおりイオン化したからです。
>>なぜイオンとなったのでしょうか？
これは「言い換え」に過ぎませんが、「イオン化した方が全体のエネルギーが小さくなる」(「より」発熱である)として説明されています。
>>水溶液の電離度などが関係しているのでしょうか？
「水溶液」でなく安息香酸の解離定数に従って解離したためで、
「安息香酸」(水中)、「安息香酸イオン」(水中)、「安息香酸」(クロロホルム中)、「安息香酸イオン」(クロロホルム中)の四者のそれぞれの濃度が「安息香酸の解離定数」(水中とクロロホルム中で少し違う)と「安息香酸(とそのイオン)の分配定数」の四つの定数で支配されて一つに落ち着きます。
塩基濃度が大きくなると平衡が「安息香酸の解離側」に移動しますが、やはり同じ四つの定数で答えは一つに落ち着きます。

お礼

返信が遅くなってすみません！
回答の追加ありがとうございます！

安息香酸自身の電離度に関係していて水溶液の電離度には関係していなかったのですね。
特に『塩基濃度が大きくなると平衡が安息香酸の解離側に移動する。』と言う最後の文章はとても参考になりました！
溶液のｐＨの違いによって解離の程度が変わっていくというのは、そういう事だったのですね！！

大変分かりやすい説明ありがとうございました！