L’extraction liquide-liquide consiste à faire passer une substance d’un solvant (solvant originel) dont elle est souvent difficile à séparer, à un autre solvant (solvant d’extraction) dont elle sera facilement isolable. Cette opération est réalisée par agitation de deux solvants NON miscibles entre eux, en général dans une ampoule à décanter. Elle est efficace lorsque la substance à isoler (puis à extraire) est plus soluble dans le solvant d’extraction Sex que dans le solvant originel Sor . Par exemple, il est possible d’extraire une molécule organique en solution aqueuse par de l’éther diéthylique. Le passage d’une molécule A d’un solvant originel Sor à un solvant d'extraction Sex peut être envisagé comme une transformation physique dont le bilan s’écrit : A(Sor) = A(Sex) et qui aboutit à une situation d’équilibre chimique traduite par la constante d’équilibre : \(K°(T)~=~ { \left ( [A]^{eq}_{S_{ex}} \over c° \right ) \over \left ( [A]^{eq}_{S_{or}} \over c° \right ) }~=~{ \left ( [A]^{eq}_{S_{ex}} \right ) \over \left ( [A]^{eq}_{S_{or}} \right ) }\) . avec [A]eqSex et [A]eqSor qui sont respectivement les concentrations molaires en A à l’équilibre chimique dans les solvants Sex et Sor . Cette constante d’équilibre est appelée coefficient de partage de la molécule A entre les solvants Sor et Sex .
Lorsque K°(T) >> 1, l’extraction de A dans le solvant Sor par le solvant Sex est très efficace : c'-à-d qu'à l’équilibre chimique, pour des volumes de solvants comparables, A est très majoritairement présent dans le solvant extracteur Sex .
Soit VSor le volume de solvant originel Sor et VSex le volume du solvant d’extraction qui est non miscible au solvant originel Sor , et soit n0,Sor la quantité de matière initiale en A dans le solvant originel Sor . On a alors : nk,Sor la quantité de matière restante en A dans le solvant originel Sor après k extractions par le volume ( VSex / k ) de solvant extracteur , d'après la relation suivante : \(n_{k,S_{or}}~=~n_{0,S_{or}} \cdot \left ( {1 \over { 1~+~ K°(T)\cdot { V_{S_{ex}} \over V_{S_{or}} } } } \right )^k\) . Et donc, on remarque que plus on effectue d'extractions ( c'-à-d plus l'entier k est grand ), et moins il reste de quantité de matière en A dans le solvant originel Sor mais plus il y a de quantité de matière en A dans le solvant extracteur Sex .
Attention, l'extraction liquide-liquide n'est possible que pour 2 solvants NON miscibles.