 |
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 gо г кислоты к воде (концентрация Со);
кислота растворилась в эфире в количестве g2 г (концентрация С2); в водном слое осталось кислоты, равное (gо – 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= С1m \ 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.
|
|
|
