1. Wstęp teoretyczny

Gdy do układu dwóch praktycznie nie mieszających się cieczy i rozpuszczalników doda się trzeciej cieczy (lub ciała stałego) rozpuszczonej w dwu pierwszych, wówczas po ustaleniu się stanu równowagi stosunek stężeń roztworów rozcieńczonych (lub aktywności w przypadku roztworów bardziej stężonych tego składnika) w obu fazach ciekłych jest wielkością stałą w danej temperaturze, zwaną współczynnikiem podziału Nernsta:

(1)

a1,2- aktywności substancji rozpuszczonej w pierwszej i drugiej cieczy,

C1,2- stężenie substancji rozpuszczonej w pierwszej i drugiej cieczy,

KD- współczynnik podziału Nernsta.

Stałość stosunku stężeń w równowadze podziału zachowana jest wyłącznie w przypadku spełnienia założenia, że substancja rozpuszczona występuje w obu rozpuszczalnikach w postaci identycznych cząsteczek, a roztwór jest rozcieńczony.

Jeżeli w jednej z faz ciekłych następuje asocjacja lub dysocjacja cząsteczek substancji rozpuszczonej, wówczas wartość współczynnika podziału przestaje być stała. W tym przypadku współczynnik Nernsta można przedstawić następująco:

(2)

n - stosunek masy cząsteczkowej M1 substancji rozpuszczonej w pierwszej cieczy do masy cząsteczkowej M2 tejże substancji rozpuszczonej w drugiej cieczy.

Istnieją również układy, w których substancja rozpuszczona występuje w postaci kilku rodzajów cząsteczek. W tym przypadku ustala się równowaga podziału tej substancji między dwie fazy i równowaga asocjacji (dysocjacji) w danej fazie. Prawo podziału należy wówczas stosować do każdego rodzaju cząsteczek z osobna.

Zależność współczynnika podziału od temperatury ujmuje wzór izobary Van`t Hoffa:

(3)

gdzie: HD jest entalpią przejścia 1 mola danej substancji z jednej fazy ciekłej do drugiej.

Po scałkowaniu powyższej zależności przy założeniu, że HD jest niezmienne w badanym zakresie temperatur, otrzymuje się wyrażenie:

(4)

Wyznaczywszy eksperymentalnie stałą podziału dla różnych, lecz niezbyt odległych od siebie temperatur, można wyliczyć HD w oparciu o wzór:

2. Tabele pomiarowe i obliczenia przykładowe

Aby móc przystąpić do ćwiczenia musieliśmy wykonać odpowiednie ilości (1 l) roztworu CH₃COOH. Korzystając ze wzorów

i po ich odpowiednim przekształceniu policzyliśmy stężenie molowe roztworu CH₃COOH

i ilość potrzebną do wykonania roztworów o odpowiednich stężeniach molowych

Roztwór wyjściowy			Warstwa wodna po ustaleniu się równowagi			Stężenie C1	logC1	a2=a1-b1	Stężenie C2	logC2	KD
Lp	Objętość zużytego odczynnika a1 [ml]	Średnie a1	Lp.	Objętość zużytego odczynnika b1 [ml]	Średnie b1
1	2,00 2,40 2,30	2,23	1	1,20 1,40 1,30	1,30	0,112	-0,952	0,933	0,047	-1,331	2,39
2	4,80 4,70 5,00	4,83	2	2,50 2,80 3,00	2,77	0,242	-0,617	2,067	0,103	-0,986	2,34
3	8,10 8,40 8,30	8,27	3	3,80 3,60 3,80	3,73	0,413	-0,384	4,533	0,227	-0,645	1,82
4	11,10 10,90 10,20	10,73	4	4,30 4,10 4,40	4,27	0,537	-0,270	6,467	0,323	-0,490	1,66

Po obliczeniu średniej z trzech pomiarów miareczkowania obliczyliśmy stężenie c1 z wzoru

c1=objętość zużytego odczynnika*stężenie odczynnika / objętość próbki

z uwagi na fakt, że zarówno wykres zależności
oraz
są nie liniowe dlatego posłużyłem się zależnością poniżej przedstawioną w celu obliczenia stałej podziału.

K=2,44

3. Wnioski

Z uwagi na fakt, że doświadczenie przeprowadzaliśmy tylko w jednej temperaturze nie było możliwości obliczenia HD. Wykresy dały możliwość zaobserwowania tego iż oprócz równowagi podziału ustaliła się równowaga asocjacji(lub też dysocjacji) substancji badanej w jednej z warstw. Obydwa wykresy nie są idealnymi prostymi, ale pierwszy przypadek (c1=f(c2)) jest prawie linią prostą gdy nie weźmie się pod uwagę pierwszego jej odcinka.

---