Wykonanie ćwiczenia:

Na początku sporządziłam wodne roztwory kwasu benzoesowego, po 50 ml, o stężeniach kolejno 0,015 M, 0,0075 M, 0,005 M, 0,003 M i 0,0015 M. Do suchych kolbek ze szlifem odpipetowałam po 25 ml z przygotowanych roztworów kwasu benzoesowego i do każdego dodałam po 25 ml toluenu. Po wstrząśnięciu otrzymanych układów dwufazowych pozostawiłam je w celu dokładnego rozdzielenia się faz.

W międzyczasie wyznaczyłam miano roztworu NaOH, miareczkując 10 ml tego roztworu 0,01 M kwasem solnym. Tak oznaczonym NaOH o stężeniu 4·10^-3 M zmiareczkowałam 10 mililitrowe próbki wodnego roztworu kwasu benzoesowego wobec fenoloftaleiny jako wskaźnika w celu oznaczenia ich stężeń początkowych C ⁰_w.

Po rozdzieleniu się warstw pobrałam próbki, po 10 ml, roztworu z dolnej warstwy i oznaczyłam w niej równowagowe stężenie kwasu benzoesowego w fazie wodnej C_w przez zmiareczkowanie próbki roztworem NaOH wobec fenoloftaleiny.

Ponieważ objętości obu faz, wodnej i organicznej, są jednakowe, stężenie równowagowe w fazie organicznej C_org, można obliczyć jako różnicę stężeń kwasu benzoesowego w fazie wodnej, początkowego C ⁰_w i w stanie równowagi C_w: C_org = C ⁰_w - C_w.

Wyniki pomiarów zestawiam w tabelce:

	Roztwory wyjściowe			Roztwory w stanie równowagi
L.p.	(Vpr)0	(VNaOH)0	C^0w	(Vpr)1	(VNaOH)1	Cw	Corg	log Cw	log Corg
1	10	38,1	0,016	10	8,9	0,004	0,012	-2,44	-1,92
2	10	19,2	0,008	10	5,4	0,002	0,006	-2,65	-2,25
3	10	11,1	0,0045	10	3,8	0,0015	0,003	-2,81	-2,52
4	10	5,4	0,0020	10	2,4	0,0010	0,001	-3,01	-2,91
5	10	1,2	0,0005	10	0,7	0,0003	0,0002	-3,54	-3,69

Obliczenia:

Celem ćwiczenia jest oznaczenie współczynnika podziału kwasu benzoesowego pomiędzy dwie fazy: wodną i organiczną.

Najpierw należy obliczyć stężenie NaOH, który został wykorzystany do zmiareczkowania kwasu benzoesowego. Miano tego związku wyznaczyłam miareczkując 10 ml jego próbki 0,01 M HCl. Reakcja przebiega według równania:

NaOH + HCl NaCl + H₂O

czyli 1 mol NaOH reaguje z 1 molem HCl. Można, zatem napisać:

n_NaOH = n_HCl

skoro n = V · C

gdzie: V - objętość, C - stężenie

więc V_NaOH · C _NaOH = V _HCl · C _HCl

V_NaOH = 10 ml V _HCl = 4,1 ml C _HCl = 0,01 M

C _NaOH = (4,1 ml · 0,01 M) / 10 ml = 4,1 · 10^-3 M

Analogicznie obliczam stężenie początkowe kwasu benzoesowego, np.:

(V_pr)₀ = 10 ml (V_NaOH)₀ = 38,1 ml C_NaOH = 4,1 · 10^-3 M

C⁰_w = (38,1 ml · 4,1 · 10^-3 M) / 10 ml = 0,016 M

i stężenie równowagowe kwasu benzoesowego w fazie wodnej, np.:

(V_pr)₁ = 10 ml (V_NaOH)₁ = 8,9 ml C_NaOH = 4,1 · 10^-3 M

C_w = (8,9 ml · 4,1 · 10^-3 M) / 10 ml = 0,004 M

Stężenie równowagowe kwasu benzoesowego w fazie organicznej liczymy ze wzoru:

C_org = C ⁰_w - C_w

np.: C_org = 0,016 M - 0,004 M = 0,012 M

Wyniki umieszczam w tabelce.

Współczynnik podziału wyrażony jest zależnością:

C_w / (C_org)^1/n = K

Po zlogarytmowaniu tej zależności otrzymujemy równanie prostej:

log C_w = log K + 1/n (log C_org)

Zależność log C_w od log C_org przedstawiam na wykresie i dopasowuję do niej równanie:

log C_org

log C_w

Z równania możemy odczytać wartość log K, która wynosi -1,2522, a więc współczynnik podziału K równy jest 0,056, natomiast n równe jest 1,62.

---