Wstęp:
Siłą napędową procesu, który był przedmiotem zajęć czyli dializy jest różnica stężeń. Dializa umożliwia rozdział soli od kwasu. Proces ten polega na pozbywaniu się określonych małocząsteczkowych substancji z roztworu do czystej wody. O efektywności dializy decyduje dyfuzyjne przenikanie składników poprzez membranę a także szybkość przepływu roztworu dializowanego i roztworu odbierającego (dializatu). Wyróżniamy membrany; jonowymienne. Zaletami tego typu membran jest wysoka selektywność oraz niski współczynnik przenikania wody i elektrolitu.
Cel:
Celem ćwiczenia było przeprowadzenie dializy dyfuzyjnej przy użyciu membrany jonowymiennej oraz porównanie selektywności membrany w stosunku do mieszanin
1M CuCl2 + 1M HCl oraz 1MCuCl2 + 1MH2SO4
Wzory:
$J = \frac{C}{A*t}$[mol/cm2*s]
$$S = \frac{\text{Jk}}{\text{Js}}$$
A = Πr2 [cm2]
$$C = \frac{n}{V}$$
Jk- strumień kwasu
Js- strumień soli
S- selektywność membrany
C – stężenie molowe
n- liczba moli
V- objętość miareczkowanego roztworu
Powierzchnia czynna membrany
Obliczenia:
D=2,50cm
A=3,14*(2,5/2)^2=4,91cm2
t= 50 min= 3000s
MCu= 63,55g/mol
V= 10*10^-3dm3
Dla mieszaniny H2SO4 + CuCl2
CCu2+=0,17 mg/dm3* 50= 8,5 mg/dm3 (SO42-)
MCu=63,5 g/mol
CCu2+=(8,5 *10-3 g/dm3)/ (63,5 g/mol)=1,339*10-4 mol/dm3
objętość NaOH (0,05M) potrzebna na zmiareczkowanie 10cm3 roztworu:
V=3,3 *10-3 dm3
n=1.65*10-4 mola NaOH = liczność jonów H+ (stosunek 1:1)
stężenie jonów H+ w 10cm3
CH+=$\frac{1,65*10 - 4}{10*10 - 3} = 0,0165\text{mol}/dm3$
Jk=$\frac{0,0165}{4,91*3000}$=1,12*10-6[mol/cm2*s]
CCu2+ = 1,339*10-4M
Js=$\frac{1,339*10 - 4}{4,91*3000} = \mathbf{9,09}\mathbf{*10 -}\mathbf{9}$[mol/cm2*s]
S=$\frac{1,12*10 - 6}{9,09*10 - 9} = \mathbf{1}\mathbf{23,21}$
Dla mieszaniny CuCl2 + HCl
VNaOH=2,43cm3
CCu2+ (ASA)=0,32mg/dm^3
nNaOH=0,05*0,00243=1,215*10-4mol
nH+=nNaOH-=1,215*10-4mol
CH+=$\frac{1,215*10 - 4}{10*10 - 3} = 0,01215$M
Jk=$\frac{0,01215}{4,91*3000} = \mathbf{8,25*10 - 7}$[mol/cm2*s]
CCu2+ (ASA)=$\frac{0,32*0,001*50}{63,55} = 2,52*10 - 4$M
Js=$\frac{2,52*10 - 4}{4,91*3000} = \mathbf{1,71*10 - 8}$[mol/cm2*s]
S=$\frac{8,25*10 - 7}{1,71*10 - 8} = \mathbf{48,25}$
Wnioski:
Przy otrzymanych wynikach widać, że membrana, która była zastosowana do mieszaniny 1M H2SO4 + 1M CuCl2 jest w przybliżeniu dwa i pół razy bardziej selektywna niż w mieszaninie 1M HCl + 1M CuCl2. Na otrzymany wynik wpływ ma dyfuzyjne przenikanie składników; w mieszaninie pierwszej dysocjacja zachodzi z wydzieleniem 1H+ a dla mieszaniny drugiej kationy wodorowe osiągają większe stężenie, ponieważ dysocjują z wydzieleniem 2H+. Skutkiem tego jest wzrost zawartości strumienia kwasu co przekłada się na większą selektywność użytej membrany.