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 α (una soluón dluda de B en el solvente A) y β (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 (µ α )=Potenal químo de en fase orgána (µ β ) µ α = µ β ( 9-1) Los potenales químos se pueden expresar en térmnos de onentraones molares omo sgue: 0, =, + RT ln 0 µ µ Donde: γ = oefente de atvdad de la espee µ α,o =potenal químo estándar γ ( 9-2)
C =onentraón de I en la fase α. Como los potenales químos son guales en ambas fases, de auerdo a la euaón ( 9-2), la euaón (9-1) se puede esrbr omo: La euaón (3) se onverte en, γ γ µ µ α α β β 0, α, 0, β,, + RT ln 0 =, + RT ln 0 ( 9-3) α α 0, α 0, β γ, ( µ, µ ln β β = ), ( 9-4) γ, RT K α β 0, α 0, β γ, ( µ, µ ), = exp β α γ, RT ( 9-5) α La antdad K ( 9-6) β es el oefente de partón (o oefente de dstrbuón) para el soluto en el solvente A y B. K no es exatamente gual a la relaón de las solubldades de en A y B, porque las fases α y β 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 α y β amban, la relaón de los oefentes de atvdad en la euaón (9-5) amban, y las onentraones de B en la fase α y A en la fase β tambén amban. Por lo tanto K depende de uanta antdad de se añade al sstema y no es verdaderamente onstante uando la temperatura y la presón están fjas, a menos que α y β sean dealmente soluones dludas.
El oefente de dstrbuón, K, omo:, β K = (6) ( 9-7), α log K C = log C β n log C α ( 9-8) S se estuda la dstrbuón de un soluto A entre una fase orgána β y una fase auosa α, 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: (,β ) / (,α ) n = K 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 β y una fase auosa α, 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:
(,β ) / (,α ) n = K 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 1. Valorar NaOH 0.1 M on Ftalato ado de potaso (KHP) utlzando fenolftalena omo ndador. a. Pese aproxmadamente 0.200 gramos de Ftalato ado de potaso, olóquelos en un matraz erlenmeyer. b. Agregue 10 ml de agua destlada. Valore on NaOH 0.1 M d. Determne la onentraón real del hdróxdo de sodo utlzando la sguente euaón estequometra. NaOH(aq) + C 6 H 4 C 2 HO 4 K C 6 H 4 C 2 O 4 KNa + H 2 O(l) 2. En el laboratoro enontrara soluones de ado aéto en tres onentraones molares: 0.5, 0.75, 1.0 y 2.0 M. Agregar 25 ml de ada soluón en un embudo de separaón, omo se muestra en la Fgura 1.
0.5 M 1.0 M 2.0 M 0. 75 M Fgure 9-1. Dagrama para la separaón 2. Agregar 25 ml de éter a ada embudo de separaón. 3. Cerrar los embudos y agtar udadosamente varas vees. Esperar 15-20 mnutos 4. Deantar las apas nferores (fase orgána). 5. Tomar una alíuota de 2mL de ada una de las apas nferores (fase orgána) y depostarlas en un matraz Erlenmayer de 250 ml. 6. Agregar gual volumen de agua a ada matraz Erlenmayer para garantzar que toda la fase orgána se transfera al agua. 7. Ttular on hdróxdo de sodo 0.1M, utlzando fenolftaleína omo ndador. 8. Tomar una alíuota de 10 ml de las apas superores (fase auosa) y depostarlos en un matraz Erlenmeyer de 250 ml y ttular on NaOH 0.1 M.
Cálulos 1. Determne la onentraón real del NaOH utlzando la sguente relaón: 1molKHP gramos de KHP 204.23gKHP 1molNaOH 1molKHP 1molKHP Vol ttulaon ( L) 2.Calule la onentraón de ado aéto en las fases auosas y orgánas. Tabule sus resultados. Nota: Razón de moles de NaOH y CH 3 COOH: es 1:1 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 K. Utle la euaón (7). 6. Compare sus resultados on los reportados en la lteratura. 7. Cómo varía el oefente de dstrbuón on la onentraón nal del soluto, 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, ómo se pueden utlzar los valores de K para seleonar los solventes para una separaón. 8. Debe nlur en esta seón un análss de aspetos tales omo: ómo varía el oefente de dstrbuón on la onentraón nal del soluto, 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, ómo se pueden utlzar los valores de K para seleonar los solventes para una separaón. Inluya las referenas segudo de la dsusón.
Referenas Atkns, P., Physal Chemstry. 5 Th ed. C8-C14. Freeman, New York. 1994 Castellan, G., Fsoquíma. 2 nd ed. 140-141. Addson Wesley. N.Y. 1971. CRC Handbook of Chemstry and Physs. 58 Th ed. Weast, Robert ed. CRC Press. West Palm Beah, 1978. Danels, F. et.al, Expermental Physal Chemstry. 7 Th ed. 18-21. MGraw Hll, New York. 1971 Levne, Ira N. Physal Chemstry. Ffth edton. M Graw Hll. Boston, USA 2002.