background image

Ć W I C Z E N I E   Nr  34 

 

OZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PODZIAŁU KWASU BENZOESOWEGO 

W UKŁADZIE WODA - TOLUEN 

 

Cel  ćwiczenia: wyznaczenie współczynnika podziału kwasu benzoesowego 
pomiędzy dwie fazy, wodna i organiczną. 

Rozpatrzmy ciekły układ trójskładnikowy, złożony z dwóch składników 

ciekłych, 

α i β, o ograniczonej rozpuszczalności wzajemnej oraz trzeciego składnika 

A, którym może być ciało stałe, ciecz lub gaz, który dobrze rozpuszcza się w obu 
cieczach. W stałej temperaturze i pod stałym ciśnieniem, ustala się równowaga 
dwóch faz ciekłych, którymi są roztwory składnika A w ciekłej fazie 

α i ciekłej fazie β. 

Warunkiem równowagi jest równość potencjałów chemicznych każdego składnika w 
obu fazach. Dla składnika A można napisać następującą równość: 

β

α

μ

=

μ

)

(

)

(

A

A

                                                                            

w której (

μ

A

)

α

 oraz (

μ

A

)

β

 oznaczają potencjały chemiczne tego składnika w każdej z 

faz. Uzależniając potencjał chemiczny składnika od jego aktywności 
termodynamicznej można napisać równanie: 

β

β

α

α

+

μ

=

+

μ

)

a

ln(

RT

)

(

)

a

ln(

RT

)

(

A

A

A

A

                          

które można przekształcić do zależności: 

RT

)

(

)

(

)

a

(

)

a

(

ln

A

A

A

A

α

β

β

α

μ

μ

=

                                                       

w której (a

A

)

α

 i (a

A

)

β

 oznaczają aktywność termodynamiczną składnika A w fazach 

α 

oraz 

β. (μ

A

)

α

 oraz (

μ

A

)

β

 oznaczają standardowe potencjały chemiczne składnika A 

odpowiednio w fazach 

α oraz β. W stałej temperaturze i pod stałym ciśnieniem 

wyrażenie po prawej stronie równania (3) jest wielkością stałą, co pozwala 
przekształcić to równanie do następującej postaci:  

const

k

)

a

(

)

a

(

A

A

=

=

β

α

                                                                         

Zależność ta jest najogólniejszą postacią prawa podziału, które określa jak 

składnik A rozdziela się pomiędzy dwie dowolne, współistniejące w równowadze, 
fazy ciekłe.  

Jeżeli stężenia składnika A w obu fazach są niewielkie, można przyjąć, iż 

współczynniki aktywności termodynamicznej składnika A w tych fazach, (

γ

A

)

α

 oraz 

(

γ

A

)

β

 są bliskie jedności, co pozwala zastąpić aktywności termodynamiczne składnika 

(a

A

)

α

 i (a

A

)

β

, ułamkami molowymi tego składnika, odpowiednio (x

A

)

α

 i (x

A

)

β

 

β

α

β

α

β

α

γ

γ

=

)

x

(

)

x

(

)

x

(

)

x

(

)

a

(

)

a

(

k

A

A

A

A

A

A

A

                                                    

W roztworze rozcieńczonym liczba moli składnika A jest znacznie mniejsza od 

liczby moli rozpuszczalnika: 

rozp

A

rozp

A

A

A

n

n

n

n

n

x

+

=

                                                         

background image

Ponieważ objętość roztworu jest praktycznie równa objętości rozpuszczalnika 

można napisać następującą zależność określającą stężenie molowe składnika w 
roztworze: 

0

rozp

rozp

A

rozp

A

rozt

A

A

V

n

n

V

n

V

n

c

=

                                   

Uwzględniając powyższe zależności otrzymujemy równanie: 

K

)

V

(

)

V

(

k

)

c

(

)

c

(

0

0

A

A

=

α

β

β

α

                                                       

z którego wynika, że w dostatecznie rozcieńczonych roztworach stosunek stężeń 
składnika w dwóch współistniejących fazach ciekłych, zwany współczynnikiem 
podziału, jest stały i niezależny od stężenia.  
 
Wykonanie ćwiczenia 

1. Sporządzić wodne roztwory kwasu benzoesowego, po 50 ml, o stężeniach 

podanych przez asystenta. 

2. Do suchych kolbek ze szlifem odpipetować po 25 ml z przygotowanych 

roztworów kwasu benzoesowego. 

3. Do każdego odpipetowanego roztworu dodać po 25 ml toluenu.  
4.  Po zakorkowaniu kolbki otrzymane układy dwufazowe energicznie wytrząsać 

przez 3-5 min i pozostawić na kilkanaście minut aż do dokładnego 
rozdzielenia faz. 

5. Wyznaczyć miano roztworu NaOH, miareczkując 10 ml próbki tego roztworu 

kwasem solnym o znanym mianie. 

6. Oznaczyć stężenie początkowe kwasu benzoesowego w przygotowanych 

roztworach, C

o

W

, przez zmiareczkowanie próbek, (V

pr

)

0

= 10 ml, wodnego 

roztworu kwasu benzoesowego roztworem NaOH wobec fenoloftaleiny jako 
wskaźnika. 

7.  Po rozdzieleniu się warstw pobrać próbki, (V

pr

)

1

= 10 ml, roztworu z dolnej 

warstwy wodnej i oznaczyć w niej równowagowe stężenie kwasu 
benzoesowego w fazie wodnej, C

W

, przez zmiareczkowanie próbki roztworem 

NaOH wobec fenoloftaleiny.  

8.  Wyniki pomiarów zestawić w tabelce: 
 

 Roztwory 

wyjściowe 

Roztwory w stanie równowagi 

Lp (V

pr

)

0

(V

NaOH

)

0

C

o

w

(V

pr

)

1

(V

NaOH

)

1

C

w

C

org.

logC

w

logC

org

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
9. Ponieważ objętości obu faz, wodnej i organicznej, są jednakowe, stężenie 

równowagowe w fazie organicznej C

org

, można obliczyć jako różnicę stężeń 

kwasu benzoesowego w fazie wodnej, początkowego C

o

w

 i w stanie 

równowagi C

w

w

0

w

org

C

C

C

=

 

 

 

background image

Opracowanie wyników. 

1. Współczynnik podziału może przyjąć bardziej złożoną postać, jeżeli w jednej z 

faz składnika asocjuje lub dysocjuje. Dysocjacja kwasu benzoesowego w 
wodzie jest pomijalna, natomiast w roztworze toluenowym kwas benzoesowy 
asocjuje współczynnik podziału wyraża zależność:     

K

C

C

n

/

1

org

W

=

                                                                    

w której n jest liczbą wskazującą ile razy masa cząsteczkowa substancji 
rozpuszczonej w fazie organicznej jest większa od masy cząsteczkowej w 
roztworze wodnym.  

2.  Po zlogarytmowaniu tej zależności otrzymujemy równanie prostej: 

org

W

C

log

n

1

K

log

C

log

+

=

 

3. Zależność log(C

W

) od log(C

org

) należy przedstawić na wykresie.  

4.  Parametry prostej logK i 1/n obliczyć albo za pomocą arkusza kalkulacyjnego, 

albo metodą najmniejszych kwadratów z podanych równań: 

 

=

=

=

=

=

=

m

1

i

2

m

1

i

i

org

2

i

org

m

1

i

m

1

i

m

1

i

i

org

i

W

i

org

i

W

)

C

(log

)

C

(log

m

)

C

(log

)

C

(log

)

C

log(

)

C

[(log

m

n

1

 

 

m

)

C

(log

)

n

1

(

m

)

C

(log

K

log

m

1

i

i

org

m

1

i

i

W

=

=

=

 

 

w których m jest liczbą punktów, wyznaczonych w doświadczeniu. 

 


Document Outline