Data: 24.11.2008	Imię i Nazwisko: Monika Kluzek	Grupa: B1
Nr. Ćwiczenia: 7	Tytuł Ćwiczenia: WSPÓŁCZYNNIK PODZIAŁU	Nr. Grupy: 2	Nazwisko Asystenta: dr Joanna Kowal

1. Cel Ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest ilościowe zbadanie procesu rozdziału kwasu benzoesowego miedzy dwa nie

mieszające sie ze sobą rozpuszczalniki i podanie równania opisującego ten podział.

2. Opis przeprowadzonych pomiarów

Na wadze analitycznej odważono cztery nadważki kwasu benzoesowego o masach kolejno: 0,200g;

0,111g; 0,092g; 0,294g. Następnie każdą nadważkę przeniesiono ilościowo do butelek z doszlifowanym korkiem i dodano po 25 cm³ toluenu . Wymieszano. Dodano następnie po 250 cm³ wody destylowanej. Butelki wytrząsano na wytrząsarce przez ok. 45 minut, po upływie tego czasu każda substancję przelano do rozdzielaczy. Gdy była już dosyć wyraźna granica faz zlano do zlewek ok. ¾ warstw wodnych ( Rysunek 1) po czym pobrano pipetą 50 cm³ roztworów o stężeniach niskich, a o wyższych stężeniach 25 cm³ i przeniesiono do erlenmajerek. Każdy roztwór miareczkowano dwukrotnie 0,01M roztworem NaOH w obecności fenoloftaleiny .

Wyniki pomiarów przedstawiono w Tabeli 1.

Równanie 1 Schemat rozdziału substancji między dwie fazy

Tabela 1 Wyniki miareczkowania

Nr	Masa nadważki [g]	Objętość NaOH użytej podczas miareczkowania [cm^3]
				I miareczkowanie	II miareczkowanie	Średnia miareczkowań
1	0,200	12,5	12,2	12,35
2	0,111	14,1	14,2	14,15
3	0,092	13,6	13,8	13,7
4	0,294	15,1	15,0	15,05

3. Opracowanie otrzymanych wyników

1. Stężenie kwasu benzoesowego w warstwach wodnych

Do obliczenia całkowitego stężenia kwasu benzoesowego w fazie wodnej skorzystano ze wzoru:

[C₆H₅COOH]_w =

gdzie:

• C_NaOH - Stężenia roztworu NaOH użytego do miareczkowania
  

• V_NaOH - Objętość NaOH użyta do miareczkowania kwasu benzoesowego [cm³]

• V_kwasu - Objętość miareczkowanej próbki kwasu [cm³]

`

Podstawiając dane dla pierwszego pomiaru otrzymujemy:

[C₆H₅COOH_c]_w =
0,020

Pozostałe obliczenia zestawiono w Tabeli 2.

Tabela 2 Stężenia kwasu benzoesowego w fazach wodnych

Nr	Masa nadważki [g]	Stężenie kwasu benzoesowego w fazie wodnej
1	0,200	0,00494
2	0,111	0,00283
3	0,092	0,00274
4	0,294	0,00602

Dzięki otrzymanym wynikom stężenia można obliczyć masę kwasu benzoesowego w fazie wodnej:

gdzie:

• n- ilość moli kwasu benzoesowego [mol]

• objętość V= 0,25 [dm²]

czyli :

n =
V

M - masa molowa kwasu benzoesowego M_C6H5COOH = 122,12

Stąd wynika, że masa kwasu benzoesowego wynika z równania :

Wyniki obliczeń w Tabeli 3.

Tabela 3 Masa kwasu benzoesowego w fazie wodnej

Nr	Masa nadważki [g]	Stężenie kwasu benzoesowego w fazie wodnej	Ilość moli kwasu benzoesowego w fazie wodnej [mol]	Masa kwasu benzoesowego w fazie wodnej [g]
1	0,200	0,00494	0,001235	0,1508182
2	0,111	0,00283	0,0007075	0,0863999
3	0,092	0,00274	0,000685	0,0836522
4	0,294	0,00602	0,001505	0,1837906

2. Masa kwasu benzoesowego w fazie toluenowej

By obliczyć masę kwasu w fazie toluenowej należy skorzystać ze wzoru na różnicę mas odważki, a kwasu w fazie wodnej:

m_t =m_o-m_w

gdzie:

• m_t - masa kwasu benzoesowego w fazie toluenowej [g]

• m_o - całkowita masa odważki [g]

• m_w - masa kwasu benzoesowego w fazie wodnej [g]

Wyniki obliczeń zestawiono w Tabeli 4

Dzięki otrzymanej masie kwasu można obliczyć jego stężenie w fazie toluenowej :

gdzie:

• C_t - Stężenie kwasu benzoesowego w fazie toluenowej
  

• V - Objętość kwasu benzoesowego V= 0,025 [dm³]

• m_t -masa kwasu benzoesowego w fazie toluenowej [g]

Wyniki w Tabeli 4.

Tabela 4 Masa i stężenie kwasu benzoesowego w fazie toluenowej

Nr	Masa nadważki [g]	Stężenie kwasu benzoesowego w fazie toluenowej	Masa kwasu benzoesowego w fazie toluenowej [g]
1	0,200	0,01612518	0,049182
2	0,111	0,008065607	0,0246
3	0,092	0,002736984	0,008348
4	0,294	0,03613423	0,110209

3. Stopień dysocjacji w roztworach wodnych

Niech stężenie całkowite kwasu benzoesowego w wodzie wynosi [BH_c]_w. Dla słabego elektrolitu, jakim jest

kwas benzoesowy można napisać wyrażenie na stałą dysocjacji:

w którym przez [BH]w oznaczono stężenie niezdysocjowanego kwasu, a [B^-]w stężenie części zdysocjowanej.

Stężenia jonu wodorowego i benzoesowego są sobie równe i wynoszą [H⁺] = [B^-]_w = [BH_c]_w*
, stężenie

niezdysocjowanej części elektrolitu [BH]_w = [BH_c]_w*(1-
). Podstawiając te wartości do powyższego równania , po

przekształceniu, otrzymamy równanie kwadratowe ze względu na
:

Rozwiązując równanie kwadratowe otrzymujemy wzór na obliczenie stopnia dysocjacji:

Podstawiając otrzymujemy następujące wyniki:

Nr	Masa nadważki [g]	Stężenie kwasu benzoesowego w fazie wodnej	Stopień dysocjacji
1	0,200	0,00494	0,114387671
2	0,111	0,00283	0,151333594
3	0,092	0,00274	0,153814285
4	0,294	0,00602	0,10358387

4. Wykres zależności
   od
   

W układzie woda - kwas benzoesowy - toluen C₆H₅COOH ulega podziałowi między dwie fazy i dysocjuje i asocjuje zgodnie ze schematem przedstawionym na Rysunku 2.

Rysunek 1 Schemat równowag kwasu benzoesowego w dwóch nie rozpuszczających się w sobie rozpuszczalnikach

Zjawiska dysocjacji i asocjacji wpływają na wartość współczynnika podziału substancji rozpuszczonej

I należy uwzględnić ich przebieg w układzie.

Dysocjację elektrolityczną charakteryzuje stopień dysocjacji a i stała dysocjacji K_a, które w przypadku słabych

elektrolitów związane są prawem rozcieńczeń Oswalda. (zobrazowane w punkcie c) sprawozdania)

Asocjacja ma miejsce w niepolarnych rozpuszczalnikach i określą ją stałą równowagi reakcji asocjacji

zwana krótko stałą asocjacji. Asocjacja polega na tworzeniu cząstek zawierających dwie lub więcej cząsteczek

związanych wiązaniami wodorowymi. Strukturę dimeru kwasu benzoesowego podaje poniższy wzór:

Współczynnik podziału definiowany jest jako iloraz stężeń jednakowych form kwasu benzoesowego w obydwóch

roztworach, czyli iloraz stężenia niezasocjowanych cząsteczek [BH]_t w toluenie do stężenia niezdysocjowanych

cząsteczek [BH]_w w fazie wodnej:

Podstawiając:

[BH]_t = c_t - 2c_t(BH)2 = c_t -2K_a(c_t[BH])²

[BH]_w =

Otrzymujemy równanie:

Dla zadanych stężeń całkowitych obliczono wartości
i
, które przedstawiono w Tabeli 5.

Następnie na podstawie otrzymanych wyników sporządzono wykres liniowy .

Tabela 5 Wyniki obliczeń

Nr	Masa nadważki [g]
1	0,200	3,685819	0,004374925
2	0,111	3,358254	0,002401726
3	0,092	1,180473	0,002318549
4	0,294	6,695957	0,005396425

Ze względu na odchylenie od pozostałych wyników odrzucono punkt pomiarowy nr 3.

Z wykresu odczytujemy wartość współczynnika podziału. Jest on odwrotnością wartości punktu przecięcia linii trendu z osią y.

Czyli:

K_N =

Znając K_N można obliczyć stałą asocjacji :

K_a= 1589,103

5. Interpretacja wyników i wnioski

Prawo podziału Nernsta znajduje zastosowanie w zagadnieniach ekstrakcji. Pozwala określić najkorzystniejsze warunki ekstrakcji i przewidzieć stopień rozdzielenia składników. Posługując się prawem podziału można również zbadać równowagę asocjacji i kompleksowania w roztworach ciekłych.

Ewentualne błędy w przeprowadzeniu doświadczenia mogły się wkraść przy miareczkowaniu.

Chemia fizyczna - Laboratorium

1

---