Ć W I C Z E N I E Nr 35

OZNACZANIE STAŁEJ RÓWNOWAGI REAKCJI

−

−

=

+

3

2

I

I

I

Cel ćwiczenia: wyznaczenie stałej równowagi reakcji pomiędzy jodem
cząsteczkowym i jonami jodkowymi w fazie wodnej.
Jod,

źle rozpuszczalny w wodzie, dobrze rozpuszcza się w wodnych

roztworach jodku potasu, dzięki zachodzącej w układzie reakcji:

(1)

−

−

=

+

3

2

I

I

I

Stałą równowagi tej reakcji, wyrażoną wzorem:

w

w

2

w

3

c

]

I[

]

I[

]

I[

K

−

−

⋅

=

(2)

można obliczyć wykorzystując różnice współczynników podziału jodu pomiędzy
rozpuszczalnik organiczny i wodę, K, oraz pomiędzy rozpuszczalnik organiczny i
wodny roztwór jodku potasu K

1

.

W stałej temperaturze i pod stałym ciśnieniem, zgodnie z prawem podziału

Nernsta, stosunek stężeń jodu w obu fazach, rozpuszczalniku organicznym i wodzie
jest stały i równy współczynnikowi podziału K, który wyrażony jest równaniem:

w

2

org

2

]

I[

]

I[

K

=

(3)

W stałej temperaturze i pod stałym ciśnieniem stosunek stężeń jodu w
rozpuszczalniku organicznym i wodnym roztworze jodku potasu jest stały i określony
współczynnikiem podziału K

1

, wyrażonym zależnością:

w

3

w

2

org

2

1

]

I

[

]

I

[

]

I

[

K

−

+

=

(4)

Dzieląc równania (3) i (4) stronami otrzymujemy zależność (5):

w

2

w

3

w

2

w

3

w

2

1

]

I[

]

I[

1

]

I[

]

I[

]

I[

K

K

−

−

+

=

+

=

(5)

Po uwzględnieniu zależności (5) w równaniu (2) otrzymujemy zależność

pomiędzy stałą równowagi reakcji K

c

i współczynnikami podziału jodu pomiędzy fazę

organiczną i wodną, K oraz fazę organiczną i wodny roztwór jodku potasu, K

1

:

w

c

1

]

I[

K

1

K

K

−

⋅

=

−

(6)

Stałą równowagi K

c

dla reakcji (1) można obliczyć oznaczając współczynnik

podziału jodu K pomiędzy rozpuszczalnik organiczny i wodę, a także współczynniki
podziału jodu K

1

pomiędzy rozpuszczalnik organiczny i wodne roztwory jodku potasu

o różnych stężeniach jonów jodkowych [I

-

].

Wykonanie ćwiczenia

1. W suchych kolbkach z korkiem szlifowanym przygotować po 20 ml wodnych

roztworów KI, o stężeniach podanych przez asystenta.

2. Do przygotowanych roztworów dodać po 20 ml roztworu jodu w toluenie (lub

innym rozpuszczalniku organicznym), zatkać korkiem i energicznie wytrząsać.
Pozostawić do rozwarstwienia.

3. Po rozdzieleniu faz suchą pipetką pobrać po około 5 ml roztworu z warstwy

organicznej (górnej) i przelać do kuwety pomiarowej kolorymetru. W drugiej
kuwecie umieścić rozpuszczalnik organiczny (toluen).

4. Zmierzyć absorbancję kolejnych roztworów [wartości (A

2

)

i

]

5. Zmierzyć absorbancję wyjściowego roztworu I

2

w toluenie (lub innym

rozpuszczalniku organicznym) A

1

.

Lp.

[J

-

]

w

Stężenie KI

(A

2

)

i

(K

1

)

i

Opracowanie wyników

Z prawa Lemberta-Beera wynika, że absorbancja roztworu A jest wprost

proporcjonalna do stężenia c substancji absorbującej i długości drogi optycznej l:

A = A

o

⋅ l ⋅ c (7)

A

0

jest molowym współczynnikiem absorpcji.

Długość drogi optycznej jest równa grubości warstwy roztworu czyli grubości kuwety.
Ponieważ do wszystkich oznaczeń wykorzystywana jest ta sama kuweta, zmierzone
w doświadczeniu absorbancje roztworów (A

2

)

i

są proporcjonalne do równowagowego

stężenia jodu w fazie organicznej. Natomiast równowago stężenie jodu w wodnym
roztworze jodku potasu jest proporcjonalne do różnicy absorbancji [A

1

-(A

2

)

i

], gdzie A

1

jest absorbancją wyjściowego roztworu jodu w toluenie.
1. Współczynniki podziału jodu pomiędzy fazę organiczną i wodne roztwory jodku

potasu można obliczyć z zależności (8) otrzymanej po uwzględnieniu równania
(7) w równaniu (4):

]

)

A

(

A

[

)

A

(

]

I[

]

I[

]

I[

K

i

2

1

i

2

w

3

w

2

org

2

1

−

≡

+

=

−

(8)

2. Współczynnik podziału jodu pomiędzy rozpuszczalnik organiczny i wodę, K

można obliczyć z zależności (9):

]

)

A

(

A

[

)

A

(

]

I[

]

I[

K

0

2

1

0

2

w

2

org

2

−

≡

=

(9)

(A

2

)

0

jest absorbancja roztworu I

2

w fazie organicznej w równowadze z

nasyconym wodnym roztworem I

2

.

3. Wartość (A

2

)

0

należy wyznaczyć przez ekstrapolację, z wykresu zależności (A

2

)

i

od c

KI

.

4. Narysować zależność

1

)

K

(

K

i

1

−

od stężenia jodku potasu c

KI

. Zgodnie z

równaniem (6) zależność ta jest prostą, przechodzącą przez początek układu
współrzędnych.

5. Obliczyć współczynnik kierunkowy, liczbowo równy stałej równowagi reakcji K

c

,

albo za pomocą arkusza kalkulacyjnego, albo metodą najmniejszych kwadratów z
następującej zależności:

2

i

w

n

1

i

i

w

i

1

n

1

i

c

)

]

I

([

)

]

I

([

]

1

)

K

(

K

[

K

−

=

−

=

Σ

⋅

−

Σ

=