Wyznaczenie współczynnika podziału kwasu octowego pomiędzy fazą organiczną a wodną

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Wyznaczenie współczynnika podziału kwasu octowego pomiędzy fazą organiczną a wodną"

Rafał Dziedzic
5 lat temu
Przeglądów:

1 Ćwzene 13 Wyznazene współzynnka podzału kwasu otowego pomędzy fazą anzną a wodną Cel ćwzena Celem ćwzena jest wyznazene współzynnka podzału kwasu otowego pomędzy fazą anzną (butanolem) a wodną w oparu o prawo podzału ernsta. Wprowadzene Przedmotem ćwzena jest trójskładnkowy układ dwe nemeszająe sę eze: woda oraz substanja anzna (np. 1-butanol) (stanowąe dwe fazy oddzelone wyraźną powerzhną mędzyfazową), trze składnk to kwas otowy - substanja dobrze rozpuszzalna w obu wspomnanyh wześnej ezah. Wprowadzene kwasu otowego do jednej z faz rozpozyna proes jego przenoszena przez granę faz konsekwenją tego jest pojawene sę ząstezek kwasu otowego w faze drugej. Proes wędrówk przez granę faz zakońzy sę w momene ustalena sę równowag termodynamznej, którą można przedstawć jako równość potenjałów hemznyh substanj rozpuszzonej w obu fazah. Matematyzne wyraża to zależność: = (1) gdze: - potenjał hemzny substanj rozpuszzonej (np. kwasu otowego) w faze wodnej - potenjał hemzny substanj rozpuszzonej (np. kwasu otowego) w faze anznej Potenjał hemzny dla składnka roztworu można ogólne przedstawć zależnośą: = 0 + RT ln a a - aktywność substanj rozpuszzonej ( a= f gdze oznaza stężene, a f współzynnk aktywnoś substanj) 0 - standardowy potenjał hemzny dla a=1 (jest funkją temperatury) RT - odpowedno stała gazowa (8.314 J mol -1 K) oraz temperatura (K) Dla roztworów rozeńzonyh aktywnoś można zastąpć stężenam molowym wówzas zależność (1) przyjme postać: + RT ln = + RT ln (2) standardowy potenjał hemzny substanj rozpuszzonej odpowedno w faze wodnej anznej - stężene molowe substanj rozpuszzonej odpowedno w faze wodnej anznej Zależność (2) można przekształć do posta: 0

2 Ćwzene 13 Dla określonyh warunków p T : H 2 Og = e R T (3) e R T = onst = onst Ogólne wyrażene (4) można zapsać w forme znanej powszehne pod nazwą prawo podzału ernsta, gdze K oznaza współzynnk podzału substanj rozpuszzonej pomędzy fazy α β a α β - stężena tej substanj w każdej z faz: = K α β Współzynnk podzału zależy od temperatury, rodzaju ezy oraz substanj rozpuszzonej, ne zależny natomast od loś (masy, stężena, objętoś) składnków układu. Prawo podzału ernsta przedstawone zależnośą (5) jest spełnone, jeżel eze ne meszają sę ze sobą, roztwory są rozeńzone ( a), temperatura jest stała a w żadnej z faz ne zahodzą proesy dysojaj asojaj. Prawo podzału mów o substanj w takej samej posta występująej w obu fazah. Kwas otowy w roztworze wodnym ulega dysojaj opsanej prawem rozeńzeń Ostwalda: 2 0 α K = 1 α K stała dysojaj, 0 pozątkowe stężene molowe substanj, α stopeń dysojaj. Pod pojęem stężene substanj (kwasu otowego) w faze wodnej kryje sę stężene nezdysojowanego kwasu, które można wyznazyć na podstawe prawa rozeńzeń oraz znajomoś stałej dysojaj kwasu otowego ( ). W faze anznej możlwa jest asojaja ząstezek substanj rozpuszzonej (np. kwasu otowego), którą shematyzne można przedstawć w posta: nab (AB) n AB substanja rozpuszzona, n lzba asojująyh ząstezek. (4) (5) 2

3 Ćwzene 13 Oba te zjawska znaząo wpływają na wartość współzynnka podzału a wyrażene (5) przyjmuje wówzas postać (ogólne symbole w równanu zastąpono symbolam harakterystyznym dla składnków rozważanego układu): K = n - stężene molowe substanj rozpuszzonej (kwasu otowego) w faze anznej (1-butanolu) - stężene molowe nezdysojowanej substanj rozpuszzonej (kwasu otowego) n lzba asojująyh ząstezek substanj rozpuszzonej (kwasu otowego) w faze anznej (1-butaanolu) K współzynnk podzału substanj rozpuszzonej (kwasu otowego) pomędzy fazę anzną fazę wodną. Obustronne zlogarytmowane powyższego równana jest krokem do uzyskana zależnoś umożlwająej z prostyh pomarów opartyh o marezkowane alkaymetryzne wyznazene współzynnka podzału kwasu otowego w układze butanol-woda: log H 2 O = 1 n log log K Wykonane ćwzena 1. W kolbah marowyh (50m 3 ) sporządzć roztworu kwasu otowego o stężenah 1,0 mol/dm 3, 0,75 mol/dm 3, 0,5 mol/dm 3 oraz 0,25 mol/dm 3 zgodne z przepsem podanym w Tabel 1. Tabela 1. Objętoś 2,0M kwasu otowego potrzeba do sporządzena 50m 3 roztworu. Roztwór 1 Roztwór 2 Roztwór 3 Roztwór 4 Przyblżone stężene roztworu 1,0 0,75 0,5 0,25 Objętość 2,0M CH 3 COOH [m 3 ] 25 18,8 12,5 6,3 2. Oznazyć dokładne stężene kwasu otowego w wyjśowyh roztworah (przygotowanyh zgodne z Tabelą 1). W tym elu należy pobrać ppetą po 2m 3 z każdego z wyjśowyh roztworów przeneść do kolbk stożkowej rozeńzyć wodą do objętoś ok. 10m 3 marezkować 0,1 molowym roztworem aoh wobe fenoloftaleny. Dla każdego roztworu marezkowane wykonać trzy razy. 3

4 Ćwzene Do ztereh rozdzelazy przeneść po 25 m 3 każdego z roztworów kwasu otowego dodać 25 m 3 rozpuszzalnka anznego zamknąć szzelne korkem wstrząsać przez 30 mnut. Po tym zase pozostawć do ałkowtego rozdzelena warstw. 4. Oznazyć stężene kwasu otowego w wodnym roztworze po rozdzelenu. W tym elu należy z rozdzelaza wypuść ok. 10m 3 wodnego roztworu kwasu otowego. Oznazene zawartoś kwasu otowego w warstwe wodnej oznazyć analogzne jak w punke 2. Opraowane wynków 1. Oblzyć rzezywste stężene kwasu otowego w wyjśowyh roztworah Oblzyć stężene kwasu otowego w wodnym roztworze po wytrząsanu z rozpuszzalnkem anznym. 3. Oblzyć stężene kwasu otowego w rozpuszzalnku anznym. 4. Oblzyć logarytmy ze stężena nezdysojowanego kwasu otowego w warstwe wodnej log warstwe anznej log. 5. Wynk zestawć w tabel: Roztwór V 1 [m 3 ] V 2 [m 3 ] 0 log log Roztwór 1 Roztwór 2 Roztwór 3 Roztwór 4 V 1 objętość aoh zużyta do marezkowana wyjśowego roztworu kwasu otowego V 2 objętość aoh zużyta do marezkowana roztworu kwasu otowego po wytrząsanu 6. Oblzyć współzynnk podzału dla poszzególnyh roztworów /. Czy spełnone jest prawo podzału ernsta? (odpowedź uzasadnj). 7. Oblzyć jak proent kwasu otowego uległ ekstrakj do warstwy anznej dla poszzególnyh roztworów. 8. Sporządzć wykres zależnoś log = f(log ) 4

5 Ćwzene Korzystają z wykresu sporządzonego z punke 8 oraz nformaj zawartyh we wprowadzenu teoretyznym do ćwzena wyznazyć lzbę asojująyh ząstezek kwasu otowego w warstwe anznej (n) oraz wartość współzynnka podzału (K ). 10. Przeprowadzć dyskusję uzyskanyh wynków wyągnąć wnosk. Zagadnena do opraowana 1. Pojęa: potenjał hemzny, aktywność, współzynnk aktywnoś, 2. Termodynamzny warunek równowag hemznej w układah welofazowyh. 3. Układy trójskładnkowe, trójkąt Gbbsa. 4. Prawo podzału ernsta, współzynnk podzału K zynnk wpływająe na wartość współzynnka podzału. 5. Prawo rozeńzeń Oswalda, elektrolty 6. Asojaja dysojaja elektroltyzna; równana asojaj dysojaj alfatyznego kwasów karboksylowyh. 7. a zym polega proes ekstrakj w układze ez-ez? Współzynnk ekstrakj. 8. Praktyzne zastosowane zjawska podzału substanj pomędzy dwe fazy 5

Podobne dokumenty

FUGATYWNOŚCI I AKTYWNOŚCI

TRMODYNAMIKA TCHNICZNA I CHMICZNA Część VI TRMODYNAMIKA ROZTWORÓW TRMODYNAMIKA ROZTWORÓW FUGATYWNOŚCI I AKTYWNOŚCI a) Wrowadzene Potenjał hemzny - rzyomnene G n de,t, n j G na odstawe tego, że otenjał