1. WSTĘP TEORETYCZNY:

              Rozważając układ izotermiczno – izobaryczny złożony z dwóch praktycznie nie mieszających się cieczy 1 i 2 otrzymujemy układ 2 – fazowy ciekły, a wytworzone fazy nazwać można fazą I i II.

              Faza I jest nasyconym roztworem składnika 2 w 1, faza II jest nasyconym roztworem składnika 1 w 2. Wprowadzając do jednej z tych faz substancję 3 (słaby kwas organiczny) rozpocznie się proces przenoszenia przez granicę faz substancji 3. Proces ten będzie trwał do chwili ustalenia się równowagi termodynamicznej. Zgodnie z zasadą termodynamiki dla układów wielofazowych w stanie równowagi potencjały chemiczne składnika 3 muszą być jednakowe dla obu faz.

              - standardowe potencjały chemiczne składnika 3 w fazach I i II,

a zatem:

              - -odpowiednia aktywność składnika 3 w fazach I i II

Stan standardowy wybrano tak, że współczynniki aktywności są równe jedności w roztworach nieskończenie rozcieńczonych.

              Dla realnych stężeń określa się tzw. współczynnik podziału Nernsta wyrażany przy pomocy stężeń:

              Współczynnik podziału Nernsta jest to stosunek stężeń składnika występującego w obu fazach w postaci cząsteczek jednego typu.

              Tak zdefiniowany współczynnik podziału zmienia się ze stężeniem dlatego, że roztwory nie są doskonałe.

              W szczególnym przypadku składnik 3 jest w fazie I częściowo zdysocjowany, a w fazie II częściowo zasocjowany.

2. CEL ĆWICZENIA:

Na podstawie miareczkowania kwasu w fazie ksylenowej należy wyznaczyć graficznie współczynnik podziału kwasu między fazą wodną, a ksylenową oraz stałą równowagi asocjacji kwasu w fazie ksylenowej. Do dyspozycji dany jest układ trójskładnikowy dwufazowy kwas benzoesowy – woda – ksylen.

3. ZADANE PARAMETRY:

Dane są trzy naważki kwasu benzoesowego, odpowiednie objętości cieczy, tzn. ksylenu i wody. Doświadczenie prowadzi się w stałej temperaturze otoczenia. Te dane początkowe determinują zarówno stężenia każdego składnika w mieszaninie trójskładnikowej, jak i odpowiednie stężenia w fazach I i II po procesie dyfuzji przez granicę faz. W funkcji tych danych można wyznaczyć poszukiwane parametry, tzn. współczynnik podziału oraz stałą równowagi asocjacji – będące celem ćwiczenia.

4. SPOSÓB WYKONANIA ĆWICZENIA:

1.      Przygotowanie trzech kolejnych naważek kwasu benzoesowego.

2.      Rozpuszczenie naważek w trzech porcjach 25 ml ksylenu, w trzech kolbach Erlenmayer’a.

3.      Przelanie roztworów do trzech szczelnych rozdzielaczy, zadanie każdego roztworu 35 ml wody.

4.      Wytrząsanie trzech mieszanin, każdą w czasie minimum 20 minut, w celu dokładnego wymieszania i dyfuzji składnika 3 do dwóch faz, które się wytworzyły.

5.      Pozostawienie rozdzielaczy w stanie stabilnym, każdy minimum po 30 minut, tak, aby nastąpiło dokładne rozwarstwienie dwóch faz i ich wzajemne oczyszczenie.

6.      Pobranie próbek 5-mililitrowych z fazy wodnej (o większej gęstości, a więc znajdującej się u podstawy rozdzielacza) – z każdego rozdzielacza po dwie próbki.

7.      Miareczkowanie każdej próbki w stałej temperaturze otoczenia, za pomocą 0,01M NaOH, w obecności fenoloftaleiny, aż do pojawienia się lekko różowego zabarwienia nie zanikającego po kilku sekundach.

Należy przeprowadzić sześć miareczkowań – po dwa dla każdego zestawu próbek z trzech rozdzielaczy.

5. WYNIKI POMIARÓW:

Przeliczenie stężenia - całkowitego stężenia w fazie wodnej:

W momencie odmiareczkowania kwasu zawartego w fazie wodnej zasadą sodową o konkretnym stężeniu (gdy roztwór się nie odbarwia) można zapisać równość:

.

W związku z tym można zapisać zależność na stężenie kwasu w fazie wodnej:

              .

Z kolei stężenie - całkowite stężenie w fazie ksylenowej, określa się na podstawie bilansu składnika rozpuszczonego:

Stopień dysocjacji liczy się w oparciu o wyrażenie na stałą dysocjacji kwasu:

OPRACOWANIE DANYCH DOŚWIADCZALNYCH:

Dla układu trójskładnikowego dwufazowego kwas benzoesowy – woda – ksylen można zapisać równanie łączące charakterystyczne wielkości zadane i szukane:

Jest to zarazem równanie prostej y = a x + b, jeżeli przyjmie się następujące założenia:

W związku z tym można obliczyć wartości dwóch stałych charakterystycznych:

Należy jeszcze określić metodą regresji liniowej współczynniki prostej, a i b:

 ...