3.11.2010	Mateusz Kaniewski Marcin Górski	Gr.V
Ćwiczenie 5	Prawo podziału Nernsta

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie współczynnika podziału Nernsta kwasu octowego między dwa nie mieszające się rozpuszczalniki - wodę i chloroform.

1. Wykonanie ćwiczenia:

1. Rozcieńczyliśmy odpowiednio 1 M wodny roztwór kwasu octowego, przygotowaliśmy w kolbkach miarowych o poj. 50 cm³, roztwory o stężeniach: 1,0; 0,75; 0,5; 0,25 M.

2. Do rozdzielaczy odpipetowaliśmy z każdej kolby po 20 cm³ roztworu, dodaliśmy po 20 cm³ chloroformu i tak przygotowane mieszaniny wytrząsaliśmy przez ok. 5 minut następnie odstawialiśmy do rozdzielenia.

3. Z pozostałych w kolbach miarowych wyjściowych roztworów kwasu octowego odpipetowaliśmy po 2 cm³ i miareczkowalismy 0,1 M roztworem zasady NaOH wobec fenoloftaleiny.

4. Analogiczne miareczkowania wykonalismy dla warstwy wodnej kwasu octowego z rozdzielaczy.

II Opracowanie Wyników:

Przybliżone stężenie CH3COOH w sporządzonych przez nas wodnych roztworów, [mol/dm^3]	Pomiar	Objętość zużytej zasady na określanie stężenia sporządzonych przez nas roztworów wodnych CH3COOH, [cm^3]	Objętość zużytej zasady na określenie stężenia CH3COOH w warstwach wodnych z rozdzielaczy, [cm^3]
1	1 2	21,9 22	18,1 18,1
0,75	1 2	16,1 16,4	15 15,2
0,5	1 2	11,1 11	10 10,4
0,25	1 2	5,6 5,5	5,1 5,3

Tabela 1. Wyniki pomiarów.

1. Obliczanie stężeń roztworów kwasu octowego przez nas sporządzonych:

-Dla roztworów przed ekstrakcją.

Dokonujemy tego na podstawie równania reakcji:

CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O

Ze stechiometrii reakcji wynika nam, że 1 mol kwasu octowego, reaguje nam z 1 molem wodorotlenku sodu. Dzięki temu możemy zapisać:

1 mol CH₃COOH - 1 mol NaOH

Ilość moli kwasu i zasady możemy zapisać Odpowiednio:

=

Po przekształceniach otrzymujemy wzór z którego obliczamy stężenie wodnego roztworu CH₃COOH:

wzór 1.

gdzie:

- stężenie roztworu kwasu octowego[mol/dm³],

- stężenie roztworu wodorotlenku sodu [mol/dm³] (korzystaliśmy z 0,1 molowego roztworu, wiec takie we wszystkich obliczeniach przyjmujemy),

- średnia objętość roztworu wodorotlenku sodu [cm³] (średnie objętości są zawarte w Tabeli 2,)

- objętość roztworu kwasu octowego użytego do miareczkowania [cm³] (przyjmujemy 2 cm³)

Średnie objętości obliczamy na podstawie wzoru:

wzór 2.

Gdzie:

- średnia objętość wodnego roztworu zasady,

- pierwsza objętość zużytej przy miareczkowaniu wodnego roztworu zasady,

- druga objętość zużytej przy miareczkowaniu wodnego roztworu zasady.

Wyniki obliczeń średniej objętości (obliczone na podstawie wzoru 2. i wynikow z tabeli 1.) i stężenia wodnego roztworu kwasu octowego (obliczone na podstawie wzoru 1.) zamieszczono w tabeli poniżej:

Przybliżone stężenie CH3COOH w sporządzonych przez nas wodnych roztworów, [mol/dm^3]	[cm^3]	Stężenie obliczone wodnych roztworów kwasu przed ekstrakcją ckw [mol/dm^3]
1	21,95	1,0975
0,75	16,25	0,8125
0,5	11,05	0,5525
0,25	5,55	0,2775

Tablea 2.

- Dla wodnej warstwy z rozdzielaczy:

Obliczamy bardzo podobnie jak w powyższym podpunkcie tyle, że korzystamy z innych objętości zużytych do miareczkowania wodnych roztworów wodorotlenku sodu(We wzorze 1 c_kw zamieniamy na c_w, a we wzorze 2
na
) .

[cm^3]	Stęzenie kwasu obliczone dla warstwy wodnej cw [mol/dm^3]
18,1	0,9050
15,1	0,7550
10,2	0,5100
5,2	0,2600

Tabela 3.

- Dla warstwy chloroformowej:

Obliczamy z różnicy między stężeniami kwasu octowego wodnych roztworów przez nas sporządzonych, a stężeniami kwasu octowego w warstwie wodnej pobranej po ekstrakcji. Stosujemy to uproszczenie, ponieważ stężenia w każdym przypadku są wprost proporcjonalne do ilości moli.

c_o = c_kw - c_w

wzór 3.

Stężenie kwasu w warstwie chloroformowej co [mol/dm^3]

0,1925

0,0575

0,0425

0,0175

Tabela 4.

2. Obliczanie stałej K.

Obliczamy go na podstawie wzoru:

wzór 4. (źródło- „Chemia Analityczna” t.2 J.Minczewski Z. Marczenko wzór nr 2.7 str. 72 Wydanie 2009 rok)

gdzie:

- stała podziału Ernsta,

- stężenie substancji w warstwie organicznej(w tym ćwiczeniu kwasu octowego w chloroformie)

- stężenie substancji w warstwie wodnej (w tym ćwiczeniu kwasu octowego)

Korzystajmy ze stężeń w tabelach 3 i 4. obliczamy stałą K. (wyniki zamieszczono w tabeli 5.)

Wartość stałej K dla tego układu znajdujemy na podstawie wykresu zlogarytmowanej postaci równania Nernsta:

logc_o = logK + logc_w

wzór 5.

Z racji tego, że wykres logc_o = f(logc_w) (Rys 1.) nie przedstawia prostej, dlatego postanowiliśmy zastosować regresję liniową. Obliczenia dokonaliśmy w programie Excel, dlatego nie zamieszczamy sposobu jego wykonania, lecz podajemy same wyniki (również błędy względne które są umieszczone w IV punkcie sprawozdania):

współczynnik a = 1,6552

współczynnik b = -0,8396

Na podstawie równania prostej y = ax + b gdzie:

y = log c_o

x = log c_w

Stwierdzamy że współczynnik b odpowiada stałej logK dla tego układu (odtąd K dla tego układu będziemy oznaczać jako K_graf.). Stąd:

Wzór 6.

cw [mol/dm^3]	co [mol/dm^3]	logcw	logco		Kgraf.
0,9050	0,1925	-0,0434	-0,7156	0,2127	0,1447
0,7550	0,0575	-0,1221	-1,2403	0,0762
0,5100	0,0425	-0,2924	-1,3716	0,0833
0,2600	0,0175	-0,5850	-1,7570	0,0673

Tabela 5.

3. Cześć graficzna:

Rys 1.

Wykres sporządziliśmy na podstawie danych z tabeli 5.

IV. Oszacowanie błędów

Błędy zostały oszacowane na podstawie metody różniczki zupełnej.

obliczamy na podstawie wzoru 1.

[mol/dm³] wzór 7.

Po przekształceniach:

[mol/dm³] wzór 8.

Gdzie:

= 0,4 cm³

= 0,2 cm³

obliczamy na podstawie wzoru 1.

[mol/dm³] wzór 9.

Po przekształceniach:

[mol/dm³] wzór 10.

obliczamy na podstawie wzoru 3.

[mol/dm³] wzór 11.

Po przekształceniach:

[mol/dm³] wzór 12.

obliczamy na podstawie wzoru 4.

wzór 13.

Po przekształceniach:

wzór 14.

Wyniki zamieściliśmy pod spodem, w tabeli:

[mol/dm^3]	[mol/dm^3]	[mol/dm^3]		Względny błąd [%]	Względny błąd [%]	Względny błąd [%]	Względny błąd [%]
0,1298	0,1105	0,2403	0,1786	11,82	12,21	124,81	83,95
0,1013	0,0955	0,1968	0,1463	12,46	12,65	342,17	192,15
0,0753	0,0710	0,1463	0,1631	13,61	13,92	344,12	195,74
0,0478	0,0460	0,0938	0,2011	17,21	17,69	535,71	298,91

Tabela 6.

Błędy współczynników regresji liniowej na podstawie programu Excel:

= 0,4894

= 0,1632

Z racji tego, że
obliczaliśmy na podstawie współczynnika b, to podobną operacje wykonujemy dla jego błędu, stąd:

wzór 15.

Błąd względny
[%]=
wzór 16.

Błąd względny
[%]= 1006,37

V. Wnioski:

Wyznaczyliśmy współczynnik podziału Nernsta kwasu octowego dla wody z chloroformem. Przy
otrzymaliśmy bardzo duży błąd z powodu zastosowania przez nas metody regresji liniowej.

logc_o=f(logc_w)

-2

-1,5

-1

-0,5

0

-0,7

-0,6

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0

logc_w

logc_o

---