Laboratorio 9. Equilibrio de distribución de un soluto en solventes inmiscibles

Transcripción

1 Laboratoro 9. Equlbro de dstrbuón de un soluto en solventes nmsbles Objetvo Determnar el oefente de dstrbuón de ádo aéto en el sstema agua/loroformo y agua/éter. Además, se determnará la efena de extraón y el número de moléulas del soluto que se asoa a la fase orgána. Introduón S suponemos que dos solventes A y B son paralmente msbles a temperatura T y forman las fases (una soluón dluda de B en el solvente A) y (una soluón dluda de A en el solvente B) uando se agtan a la temperatura T. S adonamos el soluto al sstema, este se dstrburá entre ambas fases, así se satsfae la sguente ondón de equlbro: Potenal químo del soluto en fase auosa ( )=Potenal químo de en fase orgána ( ) = ( 9-1) Los potenales químos se pueden expresar en térmnos de onentraones molares omo sgue: 0,, RT ln 0 Donde: oefente de atvdad de la espee µ o potenal químo estándar de la espee ( 9-2) 1

2 C onentraón de I en la fase α. Potenal químo de la espee j C 0 es la onentraón nal de la espee Como los potenales químos son guales en ambas fases, de auerdo a la euaón ( 9-2), la euaón (9-1) se puede esrbr omo: 0,, 0,,, RT ln 0, RT ln 0 ( 9-3) La euaón (3) se onverte en, 0, 0,, (,, ) ln, RT (9-4) AB, 0, 0,, (,, ) exp, RT ( 9-5) La antdad, AB ( 9-6) es el oefente de reparto ( patton oefent ) o oefente de dstrbuón) para el soluto en el solvente A y B. AB, no es exatamente gual a la relaón de las solubldades de en A y B, porque las fases y no son puramente A o puramente B. El exponenal en la euaón ( 9-5) es una funón de T y déblmente una funón de P. Como las antdades de en las fases y amban, la relaón de los oefentes de atvdad en la euaón (9-5) amban, y las onentraones de B en la fase y A en la fase tambén amban. Por lo tanto AB, depende de uanta antdad de se añade al sstema y no es verdaderamente onstante 2

3 uando la temperatura y la presón están fjas, a menos que y dealmente soluones dludas. sean El oefente de dstrbuón,, omo:, (6) ( 9-7), log C = log C n log C ( 9-8) S se estuda la dstrbuón de un soluto A entre una fase orgána y una fase auosa, el soluto se asoará para formar un n-monómero en la fase orgána de auerdo a la reaón: na An Puede ser demostrado de la msma manera que para ualquer mezla: C n S la asoaón no es ompleta, el valor de n no será un entero y puede varar omo funón de la onentraón. Y se puede asumr de estas relaones de la Ley de Dstrbuón que es más efente haer varas extraones on menos volumen, que una sola extraón on el volumen total utlzado para las extraones pequeñas. S se estuda la dstrbuón de un soluto A entre una fase orgána y una fase auosa, el soluto se asoará para formar un n- monómero en la fase orgána de auerdo a la reaón: 3

4 na An Puede ser demostrado de la msma manera que para ualquer mezla: C n S la asoaón no es ompleta, el valor de n no será un entero y puede varar omo funón de la onentraón. Y se puede asumr de estas relaones de la Ley de Dstrbuón que es más efente haer varas extraones on menos volumen, que una sola extraón on el volumen total utlzado para las extraones pequeñas. Proedmento Nota: Todos los pasos referentes a la utlzaón de eter se realzarán dentro del extrator. 1. Se estandarzá una soluón de NaOH 0.5M utlzando una soluón de HCl de onentraón onoda. Esta soluón fue prevamente estandarzada. Al menos tres réplas se tenen que realzar. a. Determne la onentraón real del hdróxdo de sodo utlzando la sguente euaón estequometra NaOH(aq) + HCl NaCl + H 2 O(l) 2. En el laboratoro enontrara soluones de ado aéto uatro onentraones molares: 0.5, 0.75, 1.0 y 2.0 M. Agregar 15 ml de ada soluón en un embudo de separaón, omo se muestra en la Fgura 1. 4

5 0.5 M M 1.0 M 2.0 M Fgure 9-1. Dagrama para la separaón 2. Agregar 15.0 ml de éter a ada embudo de separaón. 3. Cerrar los embudos. a. Antes de la agtaón vgorosa agtamos levemente 2 vees el embudo. b. Tapando on dos dedos el tapón del embudo, y on la punta apuntando haa el extrator y haa arrba abrmos la válvula para lberar gas. Repetmos este proedmento 2 vees más (tres en total). 4. Agtar udadosamente y vgorosamente por lo menos 2 mnutos ada una de las muestras. Esperar mnutos para que las soluones alanen en el equlbro. 5

6 5. Deantar las apas nferores (fase auosa) por la parte de abajo del embudo en vasos separados tenendo en uenta de no dejar pasar apa superor. Nota: Para desargar el embudo de separaón tene que qutarle el tapón. De lo ontraro no se vaará. 6. Tomar una alíuota de 5.0 ml de ada una de las apas nferores (fase auosa) y depostarlas en un matraz Erlenmayer de 50 ml. 7. Ttular todas las fases auosas on hdróxdo de sodo 0.5 M prevamente valorado, utlzando fenolftaleína omo ndador. 8. Deante las apas superores (fase organa) en vasos separados y tome una alíuota de 10.0 ml y deposítelas en matraz Erlenmeyer dferentes de 50 ml. Agregar gual volumen de agua a ada matraz Erlenmayer para garantzar que toda la fase orgána se transfera al agua y agte fuertemente. 9. Ttular todas las fases orgánas on NaOH 0.5 M. Cálulos 1. Determne la onentraón real del NaOH utlzando la sguente relaón: 3. Determne los oefentes de Dstrbuón suponendo que el orden de asoaón es uno. 4. Calule el promedo 5. Grafar log [C β ] org vs. log [C α ] a y haer una regresón lneal para obtener n y. Utle la euaón (9-8). Que puede usted der valor del grado de asoaón que asumó? 6. Compare sus resultados on los reportados en la lteratura. 7. Dsuta 6

7 7.1 Cómo varía el oefente de dstrbuón on la onentraón nal del soluto 7.2 Qué mplaones tene el valor de n obtendo, ómo nfluye la naturaleza de los solventes y el soluto en el valor del oefente de dstrbuón? 7.3 Cómo se pueden utlzar los valores de para seleonar los solventes para una separaón? 7.4 Utle los sguentes datos de la Tabla 1 para loroformo y repta los álulos 1-6. Compare sus resultados on los de éter. Dsuta en térmnos de onstantes deletras y polardad. Tabla 1. Datos para el sstema de loroformo Conentraón Inal de la soln. de ádo aéto Ttulaón de 2.00mL de la fase auosa Ttulaón de 10.00mL de la fase orgána V Vf Vdesargado(mL) V Vf Vdesargado(mL) (ml) (ml) (ml) (ml) MNaOH = M 7

8 Referenas Atkns, P., Physal Chemstry. 5 Th ed. C8-C14. Freeman, New York Castellan, G., Fsoquíma. 2 nd ed Addson Wesley. N.Y CRC Handbook of Chemstry and Physs. 58 Th ed. Weast, Robert ed. CRC Press. West Palm Beah, Danels, F. et.al, Expermental Physal Chemstry. 7 Th ed MGraw Hll, New York Levne, Ira N. Physal Chemstry. Ffth edton. M Graw Hll. Boston, USA