Молярная доля исследуемого вещества в газовой фазе (X) ....................

Давление насыщенного пара исследуемого вещества (P).........................

Работа № 3. Определение константы распределения йода между двумя фазами

3.1. Общие сведения

В смеси двух чистых жидкостей, нерастворимых или ограниченно растворимых одна в другой, образуются два слоя, которые являются в первом случае чистыми компонентами, а во втором — растворами обоих компонентов различного состава. Если в такую систему добавить третье вещество, растворимое в обеих жидкостях (третий компонент), то после достижения равновесия этот третий компонент распределится между обоими слоями, образуя растворы различной концентрации.

Условием равновесия вещества, распределенного между двумя фазами, является равенство его химических потенциалов в обеих фазах

_i^I = _i^II

Если концентрация растворенного вещества мала, то раствор можно считать квазиидеальным и записать:

_i^oI + RTlnC_i^I = _i^oII + RTlnC_i^II

После преобразования получаем

ln(C_i^I/C_i^II) = (_i^oII - _i^oI)/RT

Правая часть этого уравнения зависит только от температуры, и при фиксированной температуре величина постоянная.

Таким образом, при постоянной температуре отношение концентраций вещества, распределенного между двумя фазами, каждая из которых представляет идеальный раствор, остается постоянным.

C_i^I/C_i^II = Ê_c ,

где К_с  константа распределения.

Удобным объектом для изучения распределения вещества между двумя несмешивающимися фазами является система, состоящая из двух несмешивающихся (водной и органической) фаз, в которых растворен йод. Растворителями для йода служат вода или водный раствор йодида калия, органическое вещество, не смешивающееся с водой, например, бензол, толуол или ацетон.

Определение концентрации йода в двух несмешивающихся фазах проводят методом объемного (титриметрического) анализа путем титрования йода раствором тиосульфата натрия с применением крахмала в качестве индикатора. Точка эквивалентности устанавливается по моменту исчезновения синей окраски титруемого раствора. Тиосульфат натрия реагирует с йодом по реакции:

2 Na₂S₂O₃ + I₂ = Na₂S₄O₆ + 2 NaI

c образованием тетратионата натрия и йодида натрия.

3.2. Экспериментальная часть

Необходимое оборудование:

6. Технохимические весы.

2.Смеситель.

3. Бюкс для йода.

4. Фарфоровая ложечка или шпатель.

5. Делительная воронка.

6. Мензурка для органического вещества.

7. Мерный цилиндр.

8. Конические колбы.

9. Бюретки.

10. Пипетки.

Необходимые реактивы:

Йод, дистиллированная вода или водный раствор иодида калия, органические вещества (бензол, толуол, ацетон и другие), раствор крахмала, растворы тиосульфата натрия.

Методика

Рекомендуется следующий порядок проведения эксперимента.

6. На технохимических весах в бюксе взвесить примерно 0,1 г йода. Взвешивать йод необходимо в герметично закрытом бюксе, так как йод при комнатной температуре обладает высоким давлением пара, и его пары оказывают отрицательное воздействие на измерительную аппаратуру, в частности, на весы и на организм человека. Банку, из которой берется йод, нужно сразу же закрывать крышкой. Брать йод следует фарфоровой ложечкой или шпателем.

2. В чистую делительную воронку вылить полученное у лаборанта в соответствии с заданием органическое вещество (10 см³). Затем высыпать навеску йода. Воронку плотно закрыть притертой пробкой и содержимое взболтать вручную до полного растворения йода в органическом растворителе.

3. Затем в делительную воронку влить 45 см³ дистиллированной воды или водного раствора KJ (в зависимости от задания), воронку герметично закрыть и закрепить на смесителе. Интенсивное перемешивание водноорганической смеси проводить в течении 10  15 минут.

4. Укрепить воронку на штативе в вертикальном положении, и спустя некоторое время, когда появится четкая граница раздела между растворами, отделить нижнюю фазу от верхней, слив её через кран воронки в коническую колбу. Затем слить в другую колбу верхнюю фазу.

5. Для титрования отобрать в колбы 2 см³ раствора йода в органическом веществе, 20 см³ раствора йода в воде или 5 см³ раствора йода в водном растворе йодида калия. Для отбора пробы раствора йода в органическом веществе следует пользоваться специальной пипеткой с предохранительным шариком. После чего в эти колбы добавить 50 см³ дистиллированной воды и 2 - 3 капли раствора крахмала в конце титрования.

6. Заполнить бюретку раствором тиосульфата известной концентрации и, установив положение мениска на нулевое деление шкалы, начать титрование. При титровании раствора йода в органическом веществе необходимо иметь в виду, что для перехода йода из органического растворителя в воду, где идет процесс восстановления тиосульфатом, требуется некоторое время и не следует торопиться с добавлением новой порции титрованного раствора. В процессе титрования необходимо энергично перемешивать раствор. Если при титровании проб обеих фаз применялся один и тот же раствор тиосульфата, то для вычисления константы распределения достаточно знать объемы раствора Na₂S₂O₃, пошедших на титрование 1 см³ раствора йода в органической (v^орг) и водной (v^вод) фазах. Отношение этих величин и дает нам значение константы распределения йода между двумя фазами:

К_с = v^орг/v^вод

Константа распределения зависит от температуры, поэтому при написании отчета следует указать температуру воздуха в помещении во время проведения эксперимента.

Результаты

Объем раствора Na₂S₂O₃, пошедшего на титрование йода, растворенного в органической фазе (2 см³), см³…...........................................………..

Объем раствора Na₂S₂O₃, пошедшего на титрование йода, растворенного в водной фазе (5 или 20 см³), см³….........................................……….

Объем раствора Na₂S₂O₃, пошедшего на титрование 1 см³ раствора йода в органической фазе(v^орг), см³…..................................................................

Объем раствора Na₂S₂O₃, пошедшего на титрование 1 см³ раствора йода в водной фазе(v^вод), см³….............................................................................

Константа распределения йода (K_c)…......................................................