Ć W I C Z E N I E Nr 36
OZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PODZIAŁU ACETONU
POMIĘDZY TOLUEN I WODĘ METODĄ REFRAKTOMETRYCZNĄ
Cel ćwiczenia: wyznaczenie współczynnika podziału acetonu pomiędzy dwie
fazy, wodną 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 fazieβ.
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
=
(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 powyższego równania jest wielkością stałą, co pozwala
przekształcić to równanie do następującej postaci:
const
k
)
a
(
)
a
(
A
A
=
=
β
α
Jeżeli stężenia składnika A w obu są niewielkie można przyjąć, iż współczynniki
aktywności termodynamicznej składnika A w obu 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
≅
+
=
natomiast objętość roztworu rozcieńczonego jest praktycznie równa objętości
rozpuszczalnika, co pozwala 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
≡
≅
=
