Repartitia unei substante intre doi solventi nemiscibili (Legea de distributie a lui Nernst)

Repartitia unei substante intre doi solventi nemiscibili (Legea de distributie a lui Nernst).

Scopul lucrarii: Studiul distributiei unei substante intre doi solventi nemiscibili.

Aparataiul si reagentii: termostat, balonase cu volumul 50 - 100 ml, pipete de 10 ml si 2 ml, biureta, acid acetic, apa distilata, NaOH, solutie etalon 0,1 mol/1, solutie de fenolftaleina.

ASPECTE TEORETICE

Cind doua faze nemiscibile sau putin miscibile sint in echilibru, o substanta
dizolvata se v-a distribui intre cele doua faze, potrivit unui echilibru bine difinit. La
temperatura constanta raportul concentratiilor solvitului dintre cei doi solventi este o marime constanta. Aceasta notiune formeaza esenta legii distributiei, ce a fost
inventata de savantul german V. Nernst in 1890 si studiata amanuntit de savantul rus
N. Silov. De exemplu, daca la temperatura de 25°C in sistemul format din cloroform
si in apa se adauga iod, atunci raportul concentratiei iodului in cloroform C₁ si in C₂ ,este o marime constanta si egala cu 131 si se numeste - coeficient de distributie.

K = C₁/C₂                                          (1)

Coeficientul de distributie depinde de natura componentilor sistemului si temperatura lui.

Legea lui Nernst in forma (1) se pastreaza in cazul cind al treilea component nu provoaca schimbul miscibilitatii celor doi lichizi si se afla in aceiasi stare moleculara. In cazul fenomenelor de asociere (sau disociere) ale moleculelor solventului in una din fazele sistemului, spre exemplu in faza 2, legea lui Nernst se scrie pentru reactia de asociere:

nA → A(n)

K = C²_A/(C¹_A)ⁿ;

sau pentru reactia de disociere        K= C₂(1-α₂) / C₁(1-α₁).

unde    C₁ si C₂ - concentratia solvitului in prima si a doua faza corespunzator;

α₁ si α₂ - gradul de disocierea solvitului in prima si a doua faza.

Aceste expresii sint corecte numai pentru solutii diluate. Pentru solutii cu concentratii deja medi, cit si pentru solventi tari, in loc de concentratie se foloseste activitatea in solventii intii si doi.

K = a₂ / a₁

Pe baza legii lui Nernst se poate calcula gradul de disociere sau asociere a componentului dizolvat in solventi, volumul si numarul de extractie necesar pentru extractia deplina a substantei dizolvate intr-un solvent. Utilizind un al doilea solvent nemiscibil cu primul, dar in care substanta dizolvata are o solubilitate mai mare, se poate efectua separarea deplina a componentului din sistem. Pentru extractia mai deplina a substantei din solutii este necesar ca ia sa fie in aceiasi stare moleculara in ambele faze lichide. De exemplu, la exceptia acidului organic din solutii apoase este necesar de a stopa disociatia lui prin adaosul unui acid tare.

Coeficientul de distributie la extractie se socoate raportul concentratiei din care se extrage substanta dizolvata catre concentratia solutiei cu care se efectueaza extractia. De exemplu, coeficientul de distributie a iodului intre apa si bisulfidul de carbon este egal cu:

K = Ch₂o / Ccs₂

In calitate de exemple pot fi prezentate: extractia industriala a iodului din solutii apoase, folosind pentru aceasta cloroformul sau bisulfitul de carbon, obtinerea acidului acetic concentrat din solutii diluate prin extractia cu etil acetat si distilarea amestecului obtinut.

O insemnatate mare o are extractia in industria farmaceutica pentru separarea penicilinei si ale altor antibiotici de solutii de fermentare.

Efectuarea experimentala a lucrarii.

Se v-a analiza distributia acidului acetic intre apa si eter etilic (sau intre apa si benzen). Pentru aceasta se prepara patru solutii de acid acetic in apa de concentratii egale cu 1,00; 0,75; 0,50 si 0,25 mol/l. Solutiile obtinute se titreaza cu solutie de NaOH cu concentratia aproximativ de 0,2 mol/1, in prezenta fenolftaleinei. Pentru aceasta in patru balonase curate si uscate se introduce cite 2 ml de fiecare solutie si se adauga 1-2 picaturi de fenolftaleina. In alte patru flacoane uscate se introduce cite 20 ml de solutie a acidului acetic de concentratie diferita (incepind cu cea mai diluata), apoi se adauga in fiecare flacon cite 10 ml de eter etilic sau benzen. Flacoanele se astupa cu dopuri, se amesteca in timp de 10 - 15 minute si se termostateaza 15-30 minute pina la separarea fazelor. Cite 2 ml de solutie apoasa a acidului acetic din fiecare flacon se transfera in balonase sau pahare pentru titrare. Titrarea se efectueaza cu aceiasi solutie de NaOH in prezenta 1-2 picaturi de fenolftaleina.

Eseu: ELEMENTE DE BOTANICA - criterii ( intrebari ) minimale Document online: Bazele moleculare ale apoptozei

Cu scopul de a determina concentratia concreta a solutiei NaOH se titreaza cu o solutie etalon de HCl cu concentratia 0,1 mol/1. Pentru aceasta 2 ml de solutie HCl in prezenta a 1-2 picaturi de fenolftaleina, se titreaza cu solutia NaOH. Concentratia solutiei NaOH se determina:

C_HClV_HCl = C_NaOHV_NaOH => C_NaOH = (C_HClV_HCl) / V_naOH

Rezultatele obtinute se scriu in tabel

In timp ce concentratia acidului acetic in faza apoasa C₁ se afla direct prin titrarea finala, concentratia acidului acetic in faza eterica C₂ se afla prin diferenta C₂ = C₀ - C₁, unde C₀ - concentratia initiala a acidului acetic. Coeficientul de distributie a acidului acetic intre cele doua faze v-a fi:

K = C₂/C₁ = (C₀-C₁)/C₁

Deoarece concentratiile sunt proportionale cu volumele consumate la titrare de solutii de NaOH, raportul concentratiilor poate fi inlocuit cu raportul volumenlor:

K = V₂/V₁ = (V₀-V₁)/V₁

unde V₀ - cantitatea de ml solutie de NaOH utilizati la titrarea 2 ml solutie de acid acetic la concentratie 1,00; 0,75; 0,50 si 0,25 mol/l.

V₁ - volumul solutiei de NaOH utilizat la titrarea 2 ml solutie de acid acetic luati din faza apoasa a sistemului apa - eter pentru fiecare concentratie.

Darea de seama pe lucrare.

Se scrie:

- Tema, scopul, continutul pe scurt al lucrarii. Se calculeaza coeficientul de distributie in dependenta de concentratia la temperatura constanta.

Intrebarile pentru pregatirea catre lucrarea de laborator Nr. 5

In ce mod se poate influienta asupra solubilitatii reciproce a doi lichizi
nemiscibili?

Ce prezinta legea lui Nernst?

Care sunt conditiile de indeplinire a legii lui Nernst?

In ce consta esenta extractiei?

Unde se foloseste in practica extractia?