2012/2013	Laboratorium z Chemii Fizycznej
Ćwiczenie nr 13	Wyznaczanie współczynnika podziału kwasu octowego pomiędzy fazą organiczną a wodną
WIMiC Technologia Chemiczna Zespół A/GL8	Wykonali: Maciej Ludwig Aneta Malinowska
26.03.2013	Oceny (pkt.)	Data ocen
Wtorek 11:30-16:00	Kolokwium Wykonanie ćwiczenia Sprawozdanie

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było wyznaczenie współczynnika podziału kwasu octowego pomiędzy fazą organiczną (1-butanolem) a wodną w oparciu o prawo podziału Nernsta.

1. Przyrządy i odczynniki:

Przyrządy i aparatura:

• cylindry miarowe (10 i 50cm³)

• pipety (2 i 50cm³)

• rozdzielacze

• kolby miarowe (50cm³)

• kolby stożkowe

• biurety z 0,1mol/dm³ roztworem NaOH

Odczynniki:

• NaOH o stężeniu 0,1mol/dm³

• fenoloftaleina

• kwas octowy o stężeniu 2mol/dm³

• 1-butanol

1. Wykonanie ćwiczenia:

1. Przygotowanie roztworów kwasu octowego o stężeniach 1mol/dm³, 0,75mol/dm³, 0,5mol/dm³ i 0,25mol/dm³ o objętości każdego 50 cm³ według tabeli:

	Roztwór 1	Roztwór 2	Roztwór 3	Roztwór 4
Przybliżone stężenie roztworu [mol/dm^3]	1,0	0,75	0,5	0,25
Objętość 2,0M CH3COOH [cm^3]	25	18,8	12,5	6,3

1. Oznaczenie dokładnych stężeń przygotowanych roztworów poprzez miareczkowanie rozcieńczonych wodą destylowaną próbek o objętości 2 cm³ każdego roztworu 0,1-molowym roztworem NaOH w obecności fenoloftaleiny. Miareczkowano po trzy razy dla każdego roztworu.

2. Umieszczenie w czterech rozdzielaczach 35 cm³ każdego roztworu kwasu octowego i dodanie 35cm³ rozpuszczalnika organicznego, zatkanie korkiem i wstrząsanie przez 20 min. Pozostawienie do całkowitego rozdzielenia warstw.

3. Oznaczenie stężenia kwasu octowego w wodnym roztworze po rozdzieleniu: wypuszczenie z rozdzielacza 10cm³ wodnego roztworu kwasu octowego i trzykrotne miareczkowanie 0,1-molowym roztworem NaOH w obecności fenoloftaleiny.

1. Opracowanie wyników

1. Obliczenie stężenia molowego CH₃COOH w roztworze wyjściowym, c_0.

$${\mathbf{\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }}\mathbf{c}}_{\mathbf{0}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{v}_{\mathbf{sr}\mathbf{\ }\mathbf{\text{NaOH}}}\mathbf{\bullet}\mathbf{c}_{\mathbf{\text{NaOH}}}}{\mathbf{v}_{\mathbf{\text{CH}}\mathbf{3}\mathbf{\text{COOH}}}}\mathbf{\ }\left\lbrack \frac{\mathbf{\text{mol}}}{\mathbf{\text{dm}}^{\mathbf{3}}} \right\rbrack\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (1)\ $$

gdzie:

v_sr NaOH – średnia objętość zasady sodowej zużytej do miareczkowania;

c_NaOH – stężenie molowe zasady sodowej $= 0,1\ \left\lbrack \frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}} \right\rbrack$

v_CH3COOH – objętość miareczkowanego kwasu octowego =2 [cm³]

Średnia objętość zasady sodowej użytej do miareczkowań będzie miała postać:

$$\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }\mathbf{\text{\ \ \ \ \ \ }}\mathbf{v}_{\mathbf{s}\mathbf{r}\mathbf{\ }\mathbf{\text{NaOH}}}\mathbf{=}\frac{\sum_{\mathbf{i}\mathbf{= 1}}^{\mathbf{n}}\mathbf{v}\mathrm{i}}{\mathbf{n}}\mathbf{\ \lbrack}\mathbf{\text{cm}}^{\mathbf{3}}\mathbf{\rbrack}\mathbf{\text{\ \ \ \ \ }}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (2)$$

gdzie:

vi – objętości zasady sodowej zużyte do miareczkowań;

n – ilość miareczkowań = 4.

Dla roztworu 1:

Na podstawie wzoru (2) obliczono średnią objętość zasady sodowej zużytej do miareczkowań:

v_sr NaOH = 20, 25 [cm³]

Na podstawie wzoru (1) obliczono początkowe stężenie molowe roztworów kwasu octowego:

$$c_{0} = 1,0125\ \left\lbrack \frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}} \right\rbrack$$

Wyniki przeprowadzonych obliczeń umieszczono w tabeli 1 przeprowadzając obliczenia dla reszty roztworów w sposób analogiczny.

1. Obliczenie stężenia molowego CH₃COOH w wodnym roztworze po wytrząśnięciu z rozpuszczalnikiem organicznym, c_H2O.

Dla roztworu 1:

Na podstawie wzoru (2) obliczono średnią objętość zasady sodowej zużytej do miareczkowań.

v_sr NaOH = 7, 93 [cm³]

Na podstawie wzoru (1) obliczono początkowe stężenie molowe roztworów kwasu octowego.

$$c_{H2O} = 0,397\ \left\lbrack \frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}} \right\rbrack$$

Wyniki przeprowadzonych obliczeń umieszczono w tabeli 1 przeprowadzając obliczenia dla reszty roztworów w sposób analogiczny.

1. Obliczenie stężenia molowego CH₃COOH w rozpuszczalniku organicznym, c_org.

$$\mathbf{\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }}\mathbf{c}_{\mathbf{\text{org}}}\mathbf{=}\mathbf{c}_{\mathbf{0}}\mathbf{-}\mathbf{c}_{\mathbf{H}\mathbf{2}\mathbf{O}}\left\lbrack \frac{\mathbf{\text{mol}}}{\mathbf{\text{dm}}^{\mathbf{3}}} \right\rbrack\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (3)$$

Dla roztworu 1:

Na podstawie wzoru (3) obliczono stężenie molowe kwasu octowego w rozpuszczalniku organicznym.

$$c_{\text{org}} = 0,61585\ \left\lbrack \frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}} \right\rbrack$$

Wyniki przeprowadzonych obliczeń umieszczono w tabeli 1 przeprowadzając obliczenia dla reszty roztworów w sposób analogiczny.

1. Obliczenie współczynnika podziału kwasu octowego.

$${\mathbf{\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }}\mathbf{K}}_{\mathbf{N}\mathbf{1}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{c}_{\mathbf{\text{org}}}}{\mathbf{c}_{\mathbf{H}\mathbf{2}\mathbf{O}}}\mathbf{\ }\left\lbrack \mathbf{-} \right\rbrack\mathbf{\ }\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (4)$$

Dla roztworu 1:

K_N1 =   1, 55 [−]

Na podstawie wzoru (4) obliczono współczynnik podziału kwasu octowego.

Wyniki otrzymanych obliczeń umieszczono w tabeli 1 przeprowadzając obliczenia dla reszty roztworów w sposób analogiczny.

Wniosek:

Wartość obliczonego współczynnika podziału kwasu octowego jest większa od jedności, co świadczy o tym, że ponad połowa cząsteczek kwasu octowego przedostała się do fazy organicznej w mieszaninie. Można więc wnioskować ,że 1-butanol wykazuje lepszą rozpuszczalność kwasu octowego ,niż woda.

1. Obliczenie stopnia dysocjacji CH₃COOH, α z uproszczonego prawa rozcieńczeń Ostwalda.

$$\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }\mathbf{\text{\ \ \ \ \ \ \ \ }}\mathbf{\alpha}\mathbf{=}\sqrt{\frac{\mathbf{K}}{\mathbf{c}_{\mathbf{0}}}}\mathbf{\ }\left\lbrack \mathbf{-} \right\rbrack\mathbf{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (5})$$

Dla roztworu 1:

Na podstawie wzoru (5) obliczono stopień dysocjacji kwasu octowego w fazie wodnej:

α = 0, 00416 [−]

Analogiczne obliczenia wykonano dla reszty roztworów

1. Obliczenie stężenia niezdysocjowanego CH₃COOH w wodnym roztworze po wytrząśnięciu z rozpuszczalnikiem organicznym, c*_H2O.

$$\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }\mathbf{c}_{\mathbf{H}\mathbf{2}\mathbf{O}}^{\mathbf{*}}\mathbf{=}\mathbf{c}_{\mathbf{H}\mathbf{2}\mathbf{O}}\mathbf{-}\mathbf{c}_{\mathbf{\text{zd}}}\left\lbrack \frac{\mathbf{\text{mol}}}{\mathbf{\text{dm}}^{\mathbf{3}}} \right\rbrack\mathbf{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (6)}$$

gdzie:

c_zd – stężenie zdysocjowanego kwasu octowego.

Stężenie zdysocjowanego kwasu octowego w wodnym roztworze po wstrząśnięciu ma postać:

$$\mathbf{\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }}\mathbf{c}_{\mathbf{\text{zd}}}\mathbf{=}\mathbf{c}_{\mathbf{H}\mathbf{2}\mathbf{O}}\mathbf{\bullet \alpha}\mathbf{\ }\left\lbrack \frac{\mathbf{\text{mol}}}{\mathbf{\text{dm}}^{\mathbf{3}}} \right\rbrack\mathbf{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (7)}$$

Dla roztworu 1:

Na podstawie wzoru (7) obliczono stężenie zdysocjowanego kwasu octowego po wytrząśnięciu z rozpuszczalnikiem organicznym:

$$c_{\text{zd}} = 0,00165\ \left\lbrack \frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}} \right\rbrack$$

Na podstawie wzoru (6) obliczono stężenie niezdysocjowanego kwasu octowego po wytrząśnięciu z rozpuszczalnikiem organicznym:

$$c_{H2O}^{*} = 0,3950\ \left\lbrack \frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}} \right\rbrack$$

Wyniki wykonanych obliczeń zamieszczono w tabeli 1 przeprowadzając obliczenia dla reszty roztworów w sposób analogiczny.

1. Obliczanie współczynnika podziału kwasu octowego po uwzględnieniu dysocjacji w fazie wodnej.

$$\mathbf{\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }}\mathbf{K}_{\mathbf{N}\mathbf{2}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{c}_{\mathbf{\text{org}}}}{\mathbf{c}_{\mathbf{H}\mathbf{2}\mathbf{O}}^{\mathbf{*}}}\mathbf{\ }\left\lbrack \mathbf{-} \right\rbrack\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (8)$$

Dla roztworu 1:

Na podstawie wzoru (8) obliczono wartość współczynnika podziału kwasu octowego w mieszaninie:

K_N2 = 1, 56 [−]

Obliczanie błędu procentowego pomiędzy obliczonymi wartościami współczynnika podziału kwasu octowego.

$$\mathbf{\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }}\mathbf{\sigma}\mathbf{= \ }\frac{\mathbf{K}_{\mathbf{N}\mathbf{1}}\mathbf{-}\mathbf{K}_{\mathbf{N}\mathbf{2}}}{\mathbf{K}_{\mathbf{N}\mathbf{1}}}\mathbf{\bullet}\mathbf{100\ }\left\lbrack \mathbf{\%} \right\rbrack\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (9)$$

Na podstawie wzoru (9) obliczono wartość błędu procentowego pomiędzy obliczonymi wartościami podziału kwasu octowego:

σ = 0, 56 [%]

Wniosek:

Wartość współczynnika podziału CH₃COOH obliczona po uwzględnieniu dysocjacji jonowej kwasu octowego w fazie wodnej jest minimalnie wyższa niż ta, którą uzyskano bez uwzględnienia tegoż procesu. Dysocjacja elektrolityczna ma więc niewielki wpływ na wartość współczynnika podziału.

1. Obliczanie udziału procentowego CH₃COOH, który uległ ekstrakcji do fazy organicznej (stopień ekstrakcji E).

$$\mathbf{\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }}\mathbf{E}\mathbf{=}\frac{\mathbf{c}_{\mathbf{\text{org}}}}{\mathbf{c}_{\mathbf{0}}}\mathbf{\bullet}\mathbf{100\ }\left\lbrack \mathbf{\%} \right\rbrack\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (10)$$

Dla roztworu 1:

Na podstawie wzoru (10) obliczono wartość stopnia ekstrakcji kwasu octowego do fazy organicznej:

E = 60, 82 [%]

Obliczenia dla reszty roztworów wykonano analogicznie ,a wyniki zamieszczono w tabeli 1.

1. Obliczanie wartości log c*_H2O i log c _org.

Dla roztworu 1:

log c*_H2O = -0,403 [-]

log c _{org =} -0,211 [-]

Resztę obliczeń wykonano analogicznie ,a wyniki zamieszczono w tabeli 1.

1. Zamieszczenie wszystkich wzorów do obliczeń.

$${\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }c}_{0} = \frac{v_{sr\ \text{NaOH}} \bullet c_{\text{NaOH}}}{v_{\text{CH}3\text{COOH}}}\ \left\lbrack \frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}} \right\rbrack\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (1)$$

$$\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }v_{sr\ \text{NaOH}} = \frac{\sum_{i = 1}^{n}v\mathrm{i}}{n}\ \lbrack\text{cm}^{3}\rbrack\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (2)$$

$$\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }c_{\text{org}} = c_{0} - c_{H2O}\left\lbrack \frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}} \right\rbrack\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (3)$$

$${\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }K}_{N1} = \frac{c_{\text{org}}}{c_{H2O}}\ \left\lbrack - \right\rbrack\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (4)$$

$$\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }\alpha = \sqrt{\frac{K}{c_{0}}}\ \left\lbrack - \right\rbrack\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (5)$$

$$\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }c_{H2O}^{*} = c_{H2O} - c_{\text{zd}}\left\lbrack \frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}} \right\rbrack\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (6)$$

$$\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }c_{\text{zd}} = c_{H2O} \bullet \alpha\ \left\lbrack \frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}} \right\rbrack\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (7)$$

$$\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }K_{N2} = \frac{c_{\text{org}}}{c_{H2O}^{*}}\ \left\lbrack - \right\rbrack\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (8)$$

$$\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }\sigma = \ \frac{K_{N1} - K_{N2}}{K_{N1}} \bullet 100\ \left\lbrack \% \right\rbrack\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (9)$$

$\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }E = \frac{c_{\text{org}}}{c_{0}} \bullet 100\ \left\lbrack \% \right\rbrack\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }(10$)

11) Zamieszczenie wyników z obliczeń w formie tabeli.

Tabela 1. Zestawienie wyników wykonanych obliczeń.

Roztwór	vsr1 [cm^3]	vsr2 [cm^3]	c0 [mol/dm^3]	cH2O [mol/dm^3]	corg [mol/dm^3]	cH2O^* [mol/dm^3]	logcH2O^* [ - ]	logcorg [ - ]
Roztwór 1	20,25	7,93	1,0125	0,3967	0,6158	0,3950	-0,4034	-0,2105
Roztwór 2	15,4	6,57	0,77	0,3283	0,4417	0,3268	-0,4857	-0,3549
Roztwór 3	10,4	4,57	0,52	0,2275	0,2917	0,2270	-0,6440	-0,5351
Roztwór 4	5,3	2,47	0,265	0,1233	0,1417	0,1223	-0,9126	-0,8487

Dzięki zależności:

$$\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }\mathbf{\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }}\log\mathbf{c}_{\mathbf{\text{org}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{n}}\mathbf{\bullet}\log\mathbf{c}_{\mathbf{H}\mathbf{2}\mathbf{O}}^{\mathbf{*}}\mathbf{-}\log\mathbf{K}_{\mathbf{N}}\mathbf{\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }}(11)$$

Wynikającej z przekształcenia równania:

$$\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }\mathbf{\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ }}\mathbf{K}_{\mathbf{N}}\mathbf{=}\sqrt[\mathbf{n}]{\frac{\mathbf{c}_{\mathbf{\text{org}}}}{\mathbf{c}_{\mathbf{H2O}}^{\mathbf{*}}}}\mathbf{\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }}\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }(12)$$

12) Sporządzono wykres log C*_H20= f(log C_org)

Rys. 1. Wykres zależność logarytmu stężenia niezdysocjowanego CH₃COOH w fazie wodnej od logarytmu stężenia CH₃COOH w fazie organicznej.

Wyniki uzyskane z regresji liniowej :

a = 1, 229 u(a)=0, 0593

b = 0, 2611  u(b)=0, 0379

13) Wyznaczanie wartości współczynnika podziału kwasu octowego na podstawie wyników regresji liniowej.

b = logK_N (13)

Dlatego też po przekształceniu możliwe jest wyznaczenie współczynnika podziału z zależności:

K_N=10^b [−]                                                      (14)

gdzie:

b – wartość parametru uzyskana w wyniku regresji liniowej =0, 2611.

Na podstawie wzoru (14) obliczono wartość współczynnika podziału kwasu octowego między fazą organiczną a wodną:

K_N = 1, 82 [−]

Wyznaczanie ilości cząsteczek (n) CH₃COOH tworzących asocjaty w fazie organicznej na podstawie wyników regresji liniowej.

$$\mathbf{\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }}\mathbf{n}\mathbf{=}\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{a}}\mathbf{\ }\left\lbrack \mathbf{-} \right\rbrack\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (15)$$

gdzie:

a – wartość parametru wyznaczona na podstawie regresji liniowej =1, 229.

Na podstawie wzoru (14) obliczono wartość liczby cząsteczek kwasu octowego tworzących asocjaty w fazie organicznej:

n = 0, 814 [−]

Wniosek:

Równania (11) i (12) pozwalają wyznaczyć z dużą dokładnością zarówno wartości liczby asocjujących cząsteczek w warstwie organicznej, jak i wartość współczynnika podziału substancji, u nas CH₃COOH.

Wyznaczanie wartości błędów pomiaru otrzymanych wyników uzyskanych na podstawie regresji liniowej.

$$S\left( K_{N} \right) = \ \frac{\partial K_{N}}{\partial b}\ \bullet b\text{\ \ \ \ \ \ \ }$$

Po wykonaniu odpowiedniej operacji matematycznej zależność przyjmuje postać:

S(K_N)=10^b•lnb•b [−]                                          (16)

Na podstawie wzoru (15) obliczono wartość niepewności współczynnika podziału kwasu octowego:

S(K_N) =  0, 0928[−]

$$\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }S\left( n \right) = \frac{\partial n}{\partial a} \bullet a$$

Po wykonaniu odpowiedniej operacji matematycznej zależność przyjmuje postać:

S(n)=−n⁻²•a[−]                                                (17)

Na podstawie wzoru (16) obliczono wartość niepewności liczby cząsteczek CH₃COOH tworzących asocjaty w fazie organicznej:

S(n) = 0, 0898[−]

14) Obliczanie błędu procentowego pomiędzy wartością współczynnika podziału obliczonego na podstawie regresji liniowej z wartością współczynnika podziału K_N2.

Na podstawie wzoru (9) obliczono wartość błędu procentowego pomiędzy obliczonymi wartościami współczynnika podziału kwasu octowego:

σ = 26, 64 [%]

Wnioski:

• Na podstawie uzyskanych wyników można stwierdzić słuszność prawa podziału Nernsta. Na jego podstawie można dokładnie oszacować współczynnik podziału substancji pomiędzy dwoma nie mieszającymi się rozpuszczalnikami, w naszym ćwiczeniu laboratoryjnym wodą i butanolem.

• Zarówno dysocjacja występująca w fazie wodnej, jak i asocjacja cząsteczek CH3COOH w fazie organicznej nie wpływają w znacznym stopniu na wyniki przeprowadzonego pomiaru. Uzyskana wartość współczynnika podziału uwzględniająca proces dysocjacji w fazie wodnej równa K_N2=1, 56 [−] różni się bardzo nieznacznie od wartości uzyskanej bez jej uwzględniania równej  K_N1=  1, 55 [−]. Błąd procentowy między wyliczonymi wartościami współczynników podziału wyniósł σ=0, 56 [%].

• Uzyskana na podstawie wykresu zależności logarytmu stężenia niezdysocjowanego CH₃COOH w fazie wodnej od logarytmu stężenia CH₃COOH w fazie organicznej wartość współczynnika podziału równa K_N=1, 82 [−] różni się od wartości współczynnika podziału uwzględniającej proces dysocjacji równego K_N2=1, 56 [−] o czym świadczy błąd procentowy równy σ=26, 64 [%]

• Rozbieżności w uzyskanych wynikach mogą być spowodowane przez niedokładne wykonanie miareczkowań lub też niedokładnego wstrząśnięcia roztworów. Mogą być one również spowodowane przez niedomycie szkła laboratoryjnego przed przystąpieniem do wykonania ćwiczenia