Verteilungskoeffizient

Ein Verteilungskoeffizient gibt an, wie sich ein Stoff zwischen zwei nicht-mischbaren Phasen verteilt.

Klassifizierung

Flüssigkeit-Flüssigkeit

In einer Flüssigkeit können bei nicht mischbaren Stoffen zwei, selten mehrere, flüssige Phasen auftreten, die eine Mischungslücke (Flüssig-Flüssig-Gleichgewicht) ausbilden. Ein dritter Stoff, der in geringer Menge dazugegeben wird, löst sich in beiden Phasen zumeist in unterschiedlichem Maß.

<math>K_{L_1L_2} = \frac{c_{L_1}}{c_{L_2}}</math>

mit

• K: Verteilungskoeffizient (oft auch als P bezeichnet, P steht für Partition Coefficient (engl.))
• c_L1: Konzentration des dritten Stoffes in erster flüssiger Phase (alternativ: in der Oberphase)
• c_L2: Konzentration des dritten Stoffes in zweiter flüssiger Phase (alternativ: in der Unterphase)

Der bekannteste Flüssig-Flüssig-Verteilungskoeffizient ist der Octanol-Wasser-Verteilungskoeffizient (K_OW), der die Verteilung einer Komponente zwischen einer wasserreichen und octanolarmen sowie einer octanolreichen und wasserarmen Phase beschreibt. Ausgenutzt wird diese Verteilung bei der Flüssig-Flüssig-Extraktion.

Gas-Flüssigkeit

Die Verteilung zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit wird durch das Henry-Gesetz beschrieben.

Feststoff-Flüssigkeit

Diese Klasse umfasst beispielsweise Boden-Wasser- oder Sediment-Wasser-Verteilungskoeffizienten (K_SW, SW steht für Soil-Water). Bei diesem Koeffizienten wird bestimmt, welche Mengen eines Stoffes sich an Boden- oder Sedimentteilchen adsorbieren oder von ihnen absorbiert werden.

In der Petrologie wird untersucht, welche Elementverteilungen beim Schmelzen bzw. Kristallisieren von Gesteinen zwischen der flüssigen Phase (Gesteinsschmelze) und der festen Phase (Minerale) auftreten. Der Verteilungskoeffizient des chemischen Elementes beschreibt hierbei das Verhältnis der Konzentrationen des Elementes in den beiden Phasen, wenn diese im Gleichgewicht sind. Der Verteilungskoeffizient für das Element ist abhängig von der Temperatur, dem Druck und der jeweiligen chemischen Zusammensetzung der Phasen (Schmelze und Mineralgemisch). Der Verteilungskoeffizient ist dabei definiert als Konzentration im Kristallisat geteilt durch Konzentration in der Schmelze. Wenn ein Element sich unter Gleichgewichtsbedingungen im Kristallisat gegenüber der Schmelze anreichert, dann ist der Verteilungskoeffizient größer als 1 („kompatibles Element“). Ein Element, dass im Kristallisat in einer geringeren Konzentration vorliegt als in der Schmelze hat dagegen einen Verteilungskoeffizient zwischen 0 und 1 („inkompatibles Element“).

Bestimmung

Die Verteilungskoeffizienten können durch das Messen der Konzentrationen in den einzelnen Phasen bestimmt werden oder durch quantitative Struktur-Aktivitäts-Beziehungen (QSAR) näherungsweise berechnet werden, beispielsweise durch EPI Suite.<ref>OCSPP US EPA: EPI Suite™-Estimation Program Interface. 9. März 2015, abgerufen am 14. Oktober 2022 (). </ref>

Bedeutung

Wichtig sind Verteilungskoeffizienten überall dort, wo Phasengleichgewichte in heterogenen Systemen eine Rolle spielen, also z. B. technische Extraktionsverfahren, bei der Bestimmung der Verbreitung chemischer Stoffe in biologischen Systemen im Rahmen der Pharmakokinetik oder in der magmatischen Petrologie.

Literatur

• Edward J. Baum: Chemical Property Estimation. Theory and Application. Lewis Publishers, 1998 (ISBN 0-87371-938-7).

Software

• Molecular Property Explorer

Einzelnachweise

<references />