Współczynnik podziału.

Prawo podziału Nernsta:

Substancja rozpuszczona w dwóch cieczach o ograniczonej rozpuszczalności dzieli się między nie w stałym stosunku zależnym tylko od rodzaju substancji tworzących układ i od temperatury, a niezależnym od stężenia; gdy zaś rozpuszcza się kilka substancji, każda z nich zachowuje się tak, jakby innych nie było.

Prawo to wynika z warunku równowagi dla składnika w obu fazach:

Dla roztworów niedoskonałych:

, gdzie
,
- potencjały standardowe rozpuszczalników ;
,
- aktywności

- współczynnik podziału Nernsta

Dla roztworów doskonałych :

Jeżeli substancja rozpuszczona ulega w jednej z warstw ciekłych częściowej asocjacji, wówczas prawu podziału podlegają jedynie cząsteczki niezasocjowane, występujące w obu warstwach.

Równowaga ciecz - ciecz występuje w procesie ekstrakcji. Ekstrakcja polega na wydzieleniu danego składnika z roztworu pierwotnego działaniem odpowiedniego rozpuszczalnika. Proces ten przebiega więc w układzie co najmniej trójskładnikowym złożonym z dwóch rozpuszczalników, pierwotnego A i wtórnego B (tzw. ekstrahenta) oraz składników ekstrahowanych C, D itp., które w stanie czystym mogą być ciałami ciekłymi lub stałymi. Rozpuszczalnik wtórny powinien być możliwie słabo rozpuszczalny w rozpuszczalniku pierwotnym. Jeżeli rozpuszczalność ta może być pominięta, a ekstrahowany jest tylko jeden składnik C, to praktycznie w układzie występują roztwory dwuskładnikowe, a w przeciwnym przypadku - trójskładnikowe.

Jeżeli w procesie występują roztwory dwuskładnikowe, to równowagę ekstrakcji opisuje równanie :

(1).

⇒ (2).
, gdzie (3).

Równanie (2) wyraża zależność stężenia składnika C w rozpuszczalniku B (roztwór β) od stężenia składnika C w rozpuszczalniku A (roztwór α). Wykres równowagi ekstrakcyjnej
ma często przebieg prostoliniowy, wtedy spełnione jest prawo podziału Nernsta :
, gdzie k - współczynnik podziału (stała równowagi) zależy tylko od temperatury. Prawo podziału jest zwykle spełnione w roztworach rozcieńczonych, gdy wartości
i
są małe i gdy nie zachodzi dysocjacja, asocjacja lub reakcja chemiczna składnika ekstrahowanego w żadnej ze współistniejących faz.

Jeżeli w układzie występują roztwory trójskładnikowe, to funkcja
nie wystarcza do opisu równowagi ekstrakcyjnej, ponieważ nie informuje o stężeniach rozpuszczalników : A w fazie β i B w fazie α. W tym przypadku równowagę ekstrakcyjną przedstawia się na wykresie trójkątnym Gibbsa.

Część doświadczalna :

1. Aparatura:

• statywy laboratoryjne,

• łapy do biuret,

• rozdzielacze o poj. 100 ml,

• kolbki stożkowe,

• naczyńka wagowe,

• butelki z korkami,

• zlewki,

• pipety,

• biureta.

Odczynniki:

• benzen,

• 0,1 M roztwór NaOH,

• fenoloftaleina,

• kwas maleinowy.

2. W celu wyznaczenia K i n sporządzono układ składający się z trzech substancji : wody, benzenu i różnych ilości kwasu maleinowego dla poszczególnych punktów pomiarowych. Poszczególne układy ekstrahowano i pozostawiono do rozdzielenia faz. Fazy dolne wodne zlano do kolbek i dwukrotnie zmiareczkowano.

Dyskusja wyników i wnioski :

Wyznaczona wartość n na podstawie ilości objętości titranta nie jest równa jedności, jej wartość to 0,799. n
1 wskazuje na asocjację cząsteczek badanej substancji w jednej z faz.

Wartość współczynnika podziału K dla układu woda - benzen - kwas maleinowy wynosi 0,5427.

Na wartość wykładnika potęgowego i współczynnika podziału miały wpływ :

• straty obu faz, wynikające z użycia do doświadczenia dużej ilości szkła laboratoryjnego,

• błąd miareczkowania - punkt końcowy wyznaczany był wizualnie na podstawie zmiany barwy roztworu,

• niedokładność pomiaru wagi technicznej,

• błąd paralaksy biurety,

• nieszczelność naczyń używanych do ekstrakcji,

• różny stopień rozdziału substancji między obie fazy zależny od intensywności ekstrahowania.

---