Третий компонент в двухслойной жидкой системе. Закон распределения.

АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

кафедра органической, биологической

и физколлоидной химии

ФИЗКОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ

Методические указания к выполнению студентами

лабораторной работы №4 «Закон распределения»

Астрахань

1. Цель работы:

а) определить зависимость коэффициента распределения от концентрации кислоты;

б) определить молекулярную массу растворимого компонента в одном из растворителей, если известна молекулярная масса его в другом растворителе;

в) определить степень диссоциации кислоты;

г) определить количество проэкстрагированного вещества;

д) определить теоретически количество экстракций, необходимых для извлечения растворенного вещества небольшими порциями растворителя, и доказать это практически.

Теоретические основы.

Третий компонент в двухслойной жидкой системе. Закон распределения.

Если в систему из двух компонентов, содержащую две несмешивающиеся жидкости (рис. 2.1.1.а) добавить небольшое количество третьего компонента (рис.2.1.1, б), способного растворяться в обоих несмешивающихся жидкостях, то после установления равновесия он окажется в обеих несмешивающихся жидкостях (рис. 2.1.1,в).

Добавляемый компонент может иметь одинаковую величину частиц в обеих несмешивающихся жидкостях. Если при этом добавляемый компонент не изменяет растворимость жидкостей друг в друге, то коэффициент распределения (К) не зависит от концентрации исходных растворов.

Эта зависимость выражается законом распределения: для каждой данной температуры отношение концентрации третьего компонента в одной из несмешивающихся жидкостей (С₁) и концентрации этого компонента в другой из несмешивающихся жидкостей (С₂) является величиной постоянной при различных исходных концентрациях (С₀):

К = С₁/С₂ (2.1.1.)

где: К – коэффициент распределения

Рис. 2.1.1. Изменения, происходящие в составе двух несмешивающихся жидкостей при добавлении к ним третьего компонента:

а) две несмешивающиеся жидкости;

б) добавление g_о г кислоты к воде (концентрация С_о);

кислота растворилась в эфире в количестве g₂ г (концентрация С₂); в водном слое осталось кислоты, равное (g_о – g₂₎ г, при этом концентрация равна С₁.

Если растворенное вещество в одной из несмешивающихся жидкостей диссоциирует, а другое ассоциирует, то коэффициент распределения изменяется с концентрацией.

Например, уксусная кислота может образовывать димеры в эфире за счет водородных связей (показаны точками)

В воде уксусная кислота диссоциирует на ионы:

В таких условиях уравнение (2.1.1.) принимает вид:

К = С₁(1-α) / ^m√С₂ (2.1.2.)

где: α – степень диссоциации кислоты в воде;

m – число молекул в ассоциированном комплексу в другом растворителе

Если, например, уксусная кислота образует димер, то уравнение (2.1.2.) примет вид:

К = С₁(1-α) / ²√С₂ (2.1.3.)

Уравнение (2.1.2.) является общим аналитическим выражением закона распределения Нернста- Шилова.

Если вещество не диссоциирует и не ассоциирует в растворителях, то уравнение (2.1.2) может быть представлено (2.1.1.).

Если вещество только ассоциирует, например, в эфире, то уравнение (2.1.2.) преобразуется в уравнение:

К= С₁^m \ С₂ (2.1.4.)

или

К= С₁ / ^m√С₂ (2.1.5)

где: m – отношение средних молекулярных масс третьего компонента в первом (М₁) и втором (М₂) растворителях:

m = М₁/М₂ (2.1.6.)

Величину «m» можно определить логарифмируя уравнение (2.1.4) или уравнение (2.1.5):

lg K = mlgC₁ – lgC₂ (2.1.7)

Это уравнение можно записать иначе:

lg C₂ = m lgC₁ – lg К (2.1.8)

Это уравнение прямой линии вида у= ах + в

Уравнение (2.1.7) позволяет графически определить «m» и «к» по экспериментальным данным распределения растворенного вещества между двумя растворителями при его разных исходных концентрациях. Если на оси ординат откладывать lgC₂,а на оси абсцисс lg C₁, то получим прямую АВ (рис. 2.1.2). Тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс (tg) равен m:

m = tg φ

Для нахождения tg φ строят любой прямоугольный треугольник, где гипотенузой является участок прямой АВ и находят tg φ или соотношение противолежащего катета (MZ) к прилежащему (РZ). Величину катетов берут в масштабе графика.

Рис. 2.1.2 Зависимость логарифма концентрации С₂ от логарифма концентрации С₁

Отрезок ОА (рис. 2.1.2), отсекаемый прямой АВ на оси ординат, равен минус lgК. По lg К можно определить коэффициент распределения.

Дата добавления: 2015-08-18