Ćwiczenie 12

Wyznaczanie współczynnika podziału. Prawo Nernsta.

1. Prawo Nernsta:

Jeżeli do układu dwóch praktycznie niemieszających się cieczy zostanie dodany trzeci składnik rozpuszczający się częściowo w obu tych cieczach, wówczas w stanie równowagi stosunek stężeń tego składnika w obu fazach ma w stałej temperaturze wartość stałą:

,
- stężenia składnika w obu fazach

K - stała, zwana współczynnikiem podziału Nernsta (zależna od temperatury)

Prawo to można także stosować do układów niedoskonałych, które z reguły są bardziej stężone, jeśli stężenia zastąpi się odpowiednimi aktywnościami:

,
- aktywności danych faz

,
- współczynniki aktywności danych faz

Gdy podziałowi ulega substancja, która dysocjuje lub asocjuje w jednej z tych cieczy, wówczas współczynnik K nie ma wartości stałej i zależy od stężenia r - ru. Wówczas stała podziału wyraża się wzorami:

- dla substancji ulegającej częściowej dysocjacji:

α - stopień dysocjacji

- dla substancji ulegającej całkowitej dysocjacji:

Znajomość wartości współczynnika podziału substancji pomiędzy dwie, niemieszające się ciecze stanowi podstawę procesu ekstrakcji. Celem ekstrakcji jest jak najdokładniejsze usunięcie substancji rozpuszczonej w jednej cieczy za pomocą drugiej, zwanej rozpuszczalnikiem. Efektywność ekstrakcji zależy nie tylko od wartości współczynnika podziału, lecz także od sposobu prowadzenia procesu.

Dzięki ekstrakcji możemy wyliczyć ilość danej substancji w związku:

-ilość substancji pozostałej w roztworze

- masa ekstrahowanej substancji ( w V początkowej)

V - objętość roztworu

v - objętość rozpuszczalnika

K - współczynnik podziału Nernsta

Po n ekstrakcjach, przy użyciu za każdym razem v rozpuszczalnika, ilość pozostałej w roztworze substancji możemy obliczyć ze wzoru:

- masa substancji ekstrahowanej, pozostałej w roztworze

n - liczba przeprowadzonych ekstrakcji

Większą wydajność procesu uzyskuje się przy wielokrotnym powtarzaniu ekstrakcji, małymi porcjami rozpuszczalnika, niż w przypadku ekstrakcji jednostopniowej, przy użyciu tej samej objętości rozpuszczalnika.

2. Literatura:

• „Chemia fizyczna”, Praca zbiorowa, W - wa 1963, PWN s. 143

• „Eksperymentalna chemia fizyczna”, L. Sobczyk, W - wa 1982, s. 38, 270

• „Chemia fizyczna dla techników chemicznych”, W. Karpiński, W - wa 1998, s. 109

• „Pracownia preparatyki organicznej”, M. Dziankowski, W - wa 1977, s.44

3. Podczas wykonywania zadania będę miał do czynienia z:

alkohol n - amylowy 71-41-0

n - butanol 71-36-3

toluen 108-88-3

alkohol n - propylowy 71-23-8

octan etylu 141-78-6

aceton 67-64-1

4. Oświadczam, że zapoznałam się z kartą charakterystyki w/w substancji i znane mi są właściwości tej substancji, sposoby bezpiecznego postępowania z nią oraz zasady udzielania pierwszej pomocy w nagłych wypadkach.

..............................................

5. Celem tego ćwiczenia jest pokazanie, że dzięki prawu podziału Nernsta, (na czym opiera się proces ekstrakcji) jesteśmy wstanie rozdzielić substancje na poszczególne fazy i składniki. Proces ekstrakcji jest szeroko wykorzystywany w przemyśle, analizie chemicznej, preparatyce organicznej itp.

---