Grupa	Zespół	Ćwiczenie	Data	Ocena
22	8	11	28.03.2000
Imię i nazwisko		Temat ćwiczenia
Edyta Błaż Maria Borzęcka Joanna Jarosz		Współczynnik podziału Nernsta

1. Wstęp teoretyczny

Prawo podziału Nernsta opisuje szczególny przypadek równowagi w trójskładnikowym układzie izotermiczno - izobarycznym. Jest to układ złożony z dwóch praktycznie nie mieszających się cieczy A i B, które tworzą dwie fazy: 1 - nasycony roztwór B w A i 2 - nasycony roztwór A w B. Do jednej z tych faz została wprowadzona niewielka ilość substancji C, która jest rozpuszczalna zarówno w A jak i w B, co spowodowało rozpoczęcie procesu przenoszenia substancji C przez powierzchnię między fazową z jednej fazy do drugiej. Proces ten trwa tak długo aż ustali się równowaga termodynamiczna. Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki dla układów wielofazowych, w stanie równowagi potencjały chemiczne substancji C w obydwu fazach muszą być jednakowe:

μ_C⁽¹⁾ = μ_C⁽²⁾ → μ_C⁰⁽¹⁾ + RTlna_C⁽¹⁾ = μ_C⁰⁽²⁾ + RTlna_C⁽²⁾.

Po przekształceniach:

w stanie standardowym γ_C⁽¹⁾ = γ_C⁽²⁾ = 1 dla roztworu idealnie rozcieńczonego, więc:

współczynnik podziału Nernsta, dla roztworów rzeczywistych zależy on od stężenia.

W ćwiczeniu rozważamy przypadek, gdy składnik C - kwas HA jest w fazie 1 częściowo zdysocjowany, a w fazie 2 częściowo zasocjowany. Wówczas w fazie 1 (wodnej):

HA⁽¹⁾
H⁺ + A^-

K_dys. =
c⁽¹⁾ - całkowite stężenie składnika C w fazie 1, α - stopień dysocjacji składnika C

W fazie organicznej:

2HA⁽²⁾ = (HA)₂⁽²⁾

K_{dim. =}
→ [(HA)₂]⁽²⁾ = K_dim ^· [HA]²⁽²⁾

Całkowite stężenie składnika C (kwasu HA) w poszczególnych fazach wynosi:

c_C⁽¹⁾ =
, c_C⁽²⁾ = [HA]⁽²⁾ + 2[(HA)₂]⁽²⁾

Składnikiem ulegającym podziałowi między fazę wodną i organiczną jest monomer, dla którego współczynnik podziału wynosi:

K_C =

Z powyższych równań wynika zależność:

Znając stopień dysocjacji α można wartości K_C i K_dim odczytać z wykresu
w funkcji c⁽¹⁾.

2. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było graficzne wyznaczenie współczynnika podziału kwasu benzoesowego między fazę wodną a ksylenową oraz stałej dimeryzacji tego kwasu na podstawie miareczkowania go roztworem NaOH w obydwu fazach.

3. Zadane parametry

substancja	ilość	inne
woda destylowana	3 35 [cm^3]	d = 1[g/cm^3]
ksylen	3 25 [cm^3]	d = 0,86[g/cm^3]
kwas benzoesowy	0,102[g]	M = 122 [g/mol] Kdys. = 6,40 ·10^-5
			0,255[g]
			0,354[g]
NaOH		c= 0,1 [mol/dm^3]

temperatura roztworu: 21ºC

4. Sposób wykonania ćwiczenia

Odważono, na wadze analitycznej, trzy naważki kwasu benzoesowego - wartości w punkcie 3. Przeniesiono je analitycznie do kolbek Erlenmayerek i do każdej dodano 25 cm³ ksylenu. Po rozpuszczeniu się próbek kwasu do każdej kolbki dodano po 35 cm³ wody destylowanej i wytrząsano przez 20 minut. Następnie roztwory przelano do rozdzielaczy, pozostawiono do rozdzielenia się faz (dolna faza - wodna, górna - ksylenowa) i spuszczono poszczególne fazy do osobnych naczyń. Pobrano po 2 cm³ z każdej fazy ksylenowej i po 5 cm³ z każdej fazy wodnej. Pobrane próbki miareczkowano 0,1 molowym roztworem NaOH. Wyniki miareczkowania przedstawiono w tabeli w punkcie 5.

5. Wyniki pomiarów

naważki kwasu [g]	V^(1) (faza wodna) [cm^3]	V^(2) (faza ksylenowa) [cm^3]	n^(1) (w 35cm^3) [mol]	n^(2) (w 25 cm^3) [mol]	c^(1) [mol/dm^3]	c^(2) [mol/dm^3]
0,102	0,25	0,55	1,75·10^-4	6,88·10^-4	0,0050	0,0275	0,1069
0,255	0,40	1,40	2,80·10^-4	17,50·10^-4	0,0080	0,0700	0,0855
0,354	0,50	2,05	3,50·10^-4	25,62·10^-4	0,0100	0,1025	0,0769

c^(1) (1- )	c^(2) / c^(1)	c^(2) / c^(1)·(1- )
0,0045	5,5000	6,1584
0,0073	8,7500	9,5684
0,0092	10,2500	11,1035

K_dys. =
= 6,4 · 10^-5 → c^(1)
2 + K_dys.·
- K_dys. = 0;

=

6. Dyskusja wyników, wnioski

Współczynnik podziału i stałą dimeryzacji wyznaczono graficznie na załączonym wykresie. Wartość stałej dimeryzacji wynosi: 413,5, a współczynnik podziału kwasu benzoesowego między fazę wodną a ksylenową wynosi: 0,833. Współczynnik podziału jest, w przypadku układu badanego w ćwiczeniu, bliski jedności, więc efektywne usunięcie kwasu benzoesowego z roztworu wodnego do fazy ksylenowej wymagałoby kilkakrotnej ekstrakcji za pomocą kolejnych porcji czystego ksylenu.

2

---