Робота № 2/3. Визначення коефіцієнта розподілу оцтової кислоти між водною та органічною фазами

Мета роботи. Визначити коефіцієнт розподілу оцтової кислоти між водою і органічним розчинником, зробити висновки про стан кислоти в цих фазах. Одержані коефіцієнти розподілу порівняти з такими, що наведено у відповідній літературі.

Методика роботи. Визначення розподілу речовини між двома розчинниками, які не змішуються між собою, може надати цінні відомості для проведення екстрагування, а також вказати на дисоціацію - асоціацію речовин у розчинниках. Якщо до двох рідин, що не змішуються, додати яку-небудь речовину, розчинну в обох, то вона розподіляється між обома рідкими фазами в певному постійному співвідношенні. Якщо припустити, що розчинена речовина в обох розчинниках знаходиться в однаковому стані, наприклад, у вигляді одиничних молекул, то в стані рівноваги її хімічні потенціали будуть однакові, тобто . Підставивши їх значення

(1)

одержимо

(2)

де

(3)

У рівняннях (1)-(3) К - коефіцієнт розподілу, який залежить від температури; та - активності i-того компонента у фазах I та II. Для дуже розведених розчинів замість активностей компонента можна використовувати концентрації:

(4)

Порядок роботи.

1. Приготувати по 50 мл чотири-шість розчинів оцтової кислоти (0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 1 н). Піпеткою відібрати по 20 мл кожного розчину і залити в колби (100 мл) з притертими корками. Туди ж долити -по 20 мл органічного розчинника (задається викладачем). Колби поставити в апарат для струшування на 40-60 хв.

2. Визначити точну концентрацію вихідних розчинів оцтової кислоти . Для цього відібрати піпеткою по три проби об'ємом 5 мл і титрують у присутності фенолфталеїну розчином NaOH відповідної концентрації.

3. Для розділення органічної та водної фаз вміст колб, що знаходились на струшуванні, перелити в ділильні воронки і через 5-10 хв нижній шар злити в плоскодонні колби і визначити концентрацію оцтової кислоти С1, титруючи відібрані проби розчином NaOH.

Коефіцієнт розподілу обчислити за рівнянням

(5)

де С₁, С₂ - концентрація СН₃СООН у водній та органічній фазах; (М₁ та М₂ - молекулярна маса розчиненої речовини у водній та неводній фазах. Значення n визначають як тангенс кута нахилу прямої, побудованої в координатах

Концентрацію кислоти в органічному шарі обчислити за рівнянням

Одержані результати записати в таблицю за формою:

№	Об’єм розчину NaOHвих
	Vвих	Vсер	C1вих	Vрозч	Cсер	C1	C2

Література: [21, с. 119-125; 22, с.205-207, 215-217].

Робота № 2/4. Визначення активностей йоду методом розподілу

Мета роботи. Визначити коефіцієнт розподілу йоду між двома фазами з даних, одержаних при вивченні рівноваги між двома нескінченно розведеними розчинами. Обчислити активність йоду в органічному розчиннику, допускаючи, що активність йоду в воді буде дорівнювати його концентрації.

Методика роботи. У неідеальних розчинах при розрахунках за рівняннями для ідеальних систем тиск потрібно замінювати фугітивністю (леткістю), а концентрацію - активністю компонента. Активності компонентів є мірою реальної взаємодії речовин у розчині в рівноважному стані. Активність можна назвати ефективною концентрацією речовини, тому, підставляючи її в рівняння для ідеальних розчинів замість концентрації речовини, робимо ці рівняння справедливими для реальних розчинів.

Відомо кілька експериментальних методів визначення активностей компонентів. У даній роботі ми познайомимось з одним, який базується на вивченні коефіцієнта розподілу речовини між двома незмішуваними розчинниками. Згідно з законом розбавлення Нернста, коефіцієнт розподілу йоду між його розчинами в органічній рідині та у воді дорівнює:

(1)

де a_орг, -активність йоду в органічному розчиннику та у воді відповідно.

Коефіцієнт розподілу К визначають із граничних умов, вивчаючи рівноважний розподіл йоду за дуже малих його концентрацій в органічній та водній фазах. Оскільки при нескінченому розведенні

, а , то

(2)

Порядок роботи..Перишй варіант. Приготувати чотири-п'ять водних розчинів йоду (по 50 мл кожний) (вихідним є 0,1 н розчин йоду у воді). Піпеткою відібрати по 20 мл кожного розчину і помістити в колби місткістю 100 мл. Туди ж долити по 20 мл органічного розчинника, вказаного викладачем. Колби помістити в апарат для струшування на 30-40 хв. У цей час необхідно точно визначити концентрації йоду у вихідних розчинах. Для цього відібрати у три колби по 5 мл приготовлених розчинів і титрувати розчином тіосульфату натрію (0,05 або 0,01 н) у присутності крохмалю. Після закінчення струшування вміст колб перелити в ділильні воронки і через 10-15 хв відокремити водну фазу від неводної. Вміст йоду у водному шарі визначити так само, як і раніше, але для титрування використати більш розведений розчин тіосульфату (0.001 н). Концентрацію йоду в органічній фазі обчислити за рівнянням:

(3)

де С₁ та С₂ - концентрації йоду у воді до і після розподілу.

Коефіцієнт розподілу йоду визначають для дуже розведених розчинів за рівнянням:

(4)

Для більш концентрованих розчинів замість С_орг треба використовувати активність а_орг. Водні розчини залишаються дуже розведеними, тому в них активність і концентрація близькі одна до одної. У зв'язку з цим активність йоду в органічній фазі обчислюють за рівнянням

Усі вихідні та кінцеві результати записати в таблицю за формою:

№	Водна фаза (до розподілу)						Водна фаза (після розподілу)
	V1	V2	V3	Vсер	С1	V4	V5	V6	Vсер	C2	Cорг

V₁,V₂,V₃ - об'єми розчину тіосульфату натрію, які пішли на титрування проб до розподілу, .

V₄,V₅,V₆ - об'єми розчину тіосульфату натрію, які пішли на титрування проб після розподілу. .

На основі одержаних даних побудувати графік залежності активності йоду в органічній фазі від його концентрації. Зробити висновок про те, які відхилення (позитивні чи негативні) від ідеальних розчинів спостерігаються у досліді. Одержане значення коефіцієнта розподілу порівняти з літературними даними.

Другий варіант. Оптичну густину розчинів йоду можна визначити в процесі виконання роботи за допомогою фотоелектроколориметра (ФЕК), тому що розчини забарвлені. Перерахунок одержаних значень оптичної густини D на концентрацію йоду провадять за допомогою калібрувального графіка, побудованого в координатах .

Третій варіант. У зв'язку з тим, що фіксанал розчину йоду містить у собі значну кількість йодиду калію, як вихідний може бути використано розчин йоду в органічній фазі, змішаний з 20 мл води. Перемішування цих фаз проводять 90 - 120 хв.

Література: [21. с. 119-125; 22, с. 212-215, 217-219].