таралу заы

Таралу заңы Таралу коэффициенті

Араласпайтын екі еріткіш арасындағы заттың таралуын зерттеудің үлкен маңызы бар, өйткені экстракциялауда жүргізу үшін бағалы мағлұматтар беріп, сондай –ақ еріген зат пен еріткіш арасында диссоциция , ассоциация немесе басқа да химиялық реакциялардың бар жоғын көрсетеді.

Егер араласпайтын екі сұйықтыққа олардың екеуін де еритін үшінші затты қоссақ, онда ол үшінші зат берілген температурада екі сұйықтық арасында белгілі бір арақатынаста таралады./таралу заңы/.

Үшінші заттың 1 ерігіштік концентрациясы С1, ал 2 еріткіштегі концентрациясы С2 болсын делік. Онда таралу заңы былай жазылады:

мұнда К – таралу коэффициенті, ол тек температураға ғана байланысты, яғни таралатын заттың бастапқы мөлшері өзгергенде К тұрақты болып қалады.

Алайда таралу заңы еритін зат екі еріткіште де бірдей молекулалық күйде, мәселен, жеке молекулалар түрінде ғана сақталады.

Н.А.Шилов пен Л.К.Лопинь бірқатар жағдайда таралу заңынмына түрде өрнектеуге болатыны ашты:

Мұнда n – тұрақты температура кезіндегі көрсеткіш, ол концентрацияға тәуелсіз және жүйені құрайтын берілген үш компоненттің табиғатымен сипатталады. Егер таралатын зат екі еріткіште бірдей молекулалық күйде болса, онда n=1. Олай болмаған жағдайда n – кез келген мәнге ие болады. Таралу заңынан ауытқу жүйенің бір фазасында еритін молекулалардың күйі өзгергенде байқалады. Мұндай өзгеріс, мәселен ,еріген заттың диссоциациясы немесе асоциациясы болуы мүмкін.

Бұл кезде әрбір /фазалық қабатта / жай және ассоциацияланған молекулалар немесе иондар, сондай – ақ фазалар арасында күрделі тепе – теңдік орнайды. Демек , заттың араласпайтын екі сұйықтық арасында таралуын зерттеу арқылы еритін заттың қайсыбір еріткіштегі ассоциациялану /димеризация, перимеризация және т.б/ немесе диссоциация константасын анықтауға болады. Одан әрі түрлі температуралар кезіндегі тепе – теңдіктер константаларын /ассоциациялану, диссоциациялану/константаларын анықтап, жүйеде жүретін прцестердің жылуын /Н/, изобаралық – изотермиялық потенциалын /G/ және /S/ табуға болады.

1 – жұмыс. Сірке немесе бензол қышқылының су мен органикалық еріткіш арасында таралу коэффициентін анықтау Сірке қышқылы суда жақсы ериді де, ал органикалық сұйықтықта /мысалы,

бензол, толуол,хлороформ немесе төртхлорлы көміртегінде/ нашар ериді. Су мен органикалық еріткіш /оқытушының қалауы бойынша/ таралуын зерттеу екі температурада бөлме температурасында және одан 20С жоғары температурада жүргізіледі.

Приборлар мен ыдыстар: термостат, тығыз жабылатын тығындары бар 150 - 200 мл – лік 4 колба; бюретка және конус колбалар; 150 -200 мл –лік бөлгіш воронка, 10 және 25 мл-лік пипеткалар.

Жұмыстар орындалу реті:25,0 мл суда концентрациялары 1,0;0,5;0,25;0,12 г- экв/л сірке қышқылының төрт ерітіндісін даярлау. Әрбәр ерітіндіні сыйымдылығы 150-200 мл тығыз тығынды колбаға құйып, оған пипеткамен 25,0 мл органикалық еріткіш қосу керек. Концентрациялары шамамен жоғарыда көрсетілгендей бензоин қышқылы ерітінділерін даярлау үшін шамамен 6,3;1,5; және 0,75 г бензой қышқылы өлшендіні сыйымдылығы 150200 мл тығыз тығыны бар жеке колбаға құйып, оның үстіне 25,0 мл су органикалық еріткіш құяды. Заттың толық таралуы және жүйеде тепе – теңдік орнауы үшін колбаларды 40 мин шайқайды. Қабаттар бөліну үшін колбаларды 20 – 25 мин тыныш қойып, бірнеше минуттан кейін сулы қабатты сусыз қабаттан айырады. Осыдан кейін пипеткалармен жоғарғы және төменгі қабаттардан үш – үштен үлгі /проба/ алынады. Үлгі алғанда басқа қабаттан тамшы араласып кетпеуін қадағалау керек. Әрбір қабат үшін жеке пипетка қолданылады. Егер үлгілер қабаттарды бөлией алынатын болса, онда төменгі қабаттан үлгіні былай алады:жоғарғы тесікті саусақпен жауып /пипетканың/ пипетканы жоғарғы қабаттан төмен өткізеді; бұл кезде жоғарғы қабаттың тамшысы аз да болса пипетканың жоғарғы тесігін ашпай, пипетканы қолмен ұстап жылыту керек; сонда ұлғайған ауа тамшыны ығыстырып түсіреді. Егер бұл әдіс нәтиже бермесе, тамшыны жайлап үрлеп түсіру керек.

Тең салмақты деп есептелінетін әрбір қабатты үш реттен титрлеп орташа нәтижесін алу керек. Суды қабатты 0,5 н сілті ерітіндісімен /фенофталеин қосылған/ титрлеу керек, ал бензой қышқылын қолданған жағдайда кері титрлеген дұрыс, өйткені бензой қышқылының судағы концентрациясы аз. Органикалық қабаттан үлгілер алмұрт резеңке /груша/ алынады да, /ауызбен соруға болмайды/ сірке қышқылын алған жағдайда – кері титрлеу әдісімен титрлейді. Кері титрлеу үшін үлгіге пипеткамен 12,5 мл 0,02 н NaOH ерітіндісі мен тамшы фенофталеин қосылады. Қоспаны 1 – 2 мин бойы қатты сілкиді, сонда ол малина түске боялуы тиіс (сілтінің артық мөлшерінен). Сілтінің артығын ерітінді түссізденгенше 0,025 н HCL ерітіндісімен қайта титрлейрді.

Басқа температурада да осылай жасайды, тек ерітінділері бар колбаларды термостатқа қойып, оқтын – оқтын араластырып отырады.

Сулы (органикалық) ортадағы сірке (бензой) қышқылының нормалдығын С1 мына формула бойынша есептейді:

С1Vүлгі = СсілтіVcілті

Мұнда Vүлгі мен Vсілті – тиісінше үлгі көлемі (10мл) мен титрлеуге кеткен сілті көлемі, Ссілті – сілтінің нормалдығы (0,5н).

Қышқыл димерлерінің ыдырау реакциясының тепе – теңдік константысын есептеу

Сірке қышқылы органикалық полюссіз еріткіштерде негізінен сутектер байланыстар есебінен димерлі молекулалар түрінде болады:

Суда сірке қышқылы димерленбейді, өйткені су димерлі (полюсті еріткіш) молекулаларды үзіп, өзі қышқылмен сулы байланыс түзеді. Ал бұл жұмыста сірке қышқылының (әлсіз электролиттің) суда диссоциациясын ескермеуге болады.

Сөйтіп, сулы және органикалық арасында қышқылдың мономерлі

молекулалары арасынды тепе – теңдік орнайды:

С1а К С2а

«а» мономерлі молекулулар дегенді білдіреді, К= С2а/С1а (1) – тепе – теңдік константасы. Ал органикалық еріткіште димерлі (С2а) және мономерлі (С2а)

молекулулар арасында тепе –теңдік орнайды; С2а 2С2а К2= (С2а)/С2а (2)

Органикалық қабатта еріген қышқылды титрлегенде молекулалардың екі формасы да титрленеді, демек:

С2=С2а + 2С2а Сулы қабатта еріген қышқылды концентрациясы С1= С1а

Органикалық және сулы қабаттағы қышқыл концентрацияларын бір біріне бөліп, мына теңдеуді аламыз:

/1/ және /3/ теңдеулерді бірге шешкенде мына теңдеу шығады:

/4/ теңдеу С2/С1 мен С1 арсындағы сызықтың тәуелділікті көрсетеді. Алынған деректер негізінде сірке қышқылының таралуын зерттегенде /4/ теңдеу бойынша график салу керек. Түзудің абсцисса осіне қисаю бұрышының тангенсі бойынша қышқылдың органикалық еріткіште димерлену ыдырау реакциясының тепе –теңдік константасын К2 (дұрысырақ айтқанда димерлердің ыдырау реакциясының тепе – теңдік константасы ) есептеу шығару керек. К1 мәні түзудің ордината осіне қиып өтетін кесіндінің ұзындығына тең.

Таралуды екі температурада зерттеп, демек, екі температурада К – ны анықтап, берілген органикалық еріткіште сірке қышқылының таралуын зерттегенде /4/ теңдеу бойынша график салу керек. Түзудің абсцисса бойына қисаю бұрышының тангенсі бойынша қышқылдың органикалық еріткіште димерлену реакциясының тепетеіңдік константасын К2 есептеп шығару керек. К1 мәні түзудің ордината осінде қиып өтетін кесіндінің ұзындығына тең.

Таралуды екі температурада зерттеп, демек, екі температурада К –ны анықтап берілген органикалық еріткіште сірке қышқылы димерлерінің ыдырау реакциясының жылуын /Н/, изобаралық – изотермиялық потенциалын /G/ және энтропиясын есептеп шығару керек /Н,G0,S0 шамаларын есептеуді әдебиеттен /1-3/ қара, «Химическое равновесие»/.

2 – жұмыс. Иодтың сулы және органикалық еріткіш арасында таралу коэффийиентін анықтау

Иод суда нашар ериді, алайда органикалық еріткіште /бензол, толуол, ксилол, хлороформ, төртхлорлы көміртегінде және т.б./ жақсы ериді. Иодтың су мен органикалық сұйықтық /оқытушының айтуы бойынша / арасында таралуын зерттеуді бөлме температурасын да /оны жазып қою керек/ және одан 20С – та жоғары температурада жүргізу керек. Пайдалынатын приборлар мен ыдыстар 1- жұмыстағыдай.

Жұмысты орындау реті. Иод кристалдары келіде майдаланға шамамен 0,3;0,6;0,9 және 1,2 г төрт өлшендісін /навескасын/ өлшеп алу керек. Әрбір өлшендіні тығыз тығыны бар 150 – 200 мл-лік жеке колбаға салу керек. Әрбір колбаға 20 мл органикалық еріткіш және 100 мл су құйылады.

Осылай дайындалған қоспаларды 1 сағат бойы шайқайды. Шайқап болғаннан кейін колбаларды сұйықтар қабатқа бөлгенше 15-20 мин бойы тыныш қояды. Содан соң колбалардың ішіндегіні бөлгіш воронкаға құйып, сулы қабатты сусыз қабаттан айырып, натрий гипосульфитімен /Na2S2O3 титрлеу арқылы екі қабаттағы иод концентрацясын анықтайды. Немесе сулы қабаты үлгілер алып,/1 –жұмыста сипатталғандай әдіспен/ титрлейді.

Органикалық қабаттағы иод концентрациясын анықтау үшін пипеткамен 5 мл үлгі алып, оны титрлегу арналған колбаға /ішінде 25мл дистилденген суы бар/ аударып құйып крахмал қатысында 0,05 н гипосульфит ерітіндісімен титрлейді. Иод біртіндеп суға экстрациялану үшін титрлеу кезінде колбаны үнемі шайқап тұру керек, өйткені гипосульфитпен иодтың сулы ерітіндісімен титрлеуге болады. Титрлеуді ерітінді түссізденгенше жүргізіледі.

Сулы қабаттағы мод концентрациясын анықтау үшін 25 мл пипеткамен үлгі алып, оны крахмал қатысында 0,001 н Na2S2O3 ерітіндісімен титрлейді. Бөлімдегіден жоғара басқа температурада жұмысты жоғарадағыдай жүргізеді, тек ерітінділерді термостатқа қою керек.

Органикалық /сулы/ қабаттағы сірке қышқылының нормалдылығын С2 кері титрлеу формуласы бойынша есептейді:

Мұндағы Ссілті және Vсілті – үлгіге қосылған NaOH ерітіндісінің

нормалдылығын /0,025/ мен көлемі /25 мл/ Ск және Vк – 25 мл NaOH үлгі

қоспасын титрлеуге жұмсалған HCL ерітіндісінің нормалдылығы /0,025 н/

мен көлемі; Vпр – үлгінің көлемі.

Лабораторияда журналында жазу үлгісі ...

Жұмыстың аты...

Таралатын еріткіш пен зат...

Тәжірибенің температурасы ...С

0,1н

0,5н

0,25н

0,12н

Лаборатория журналына жазу үлгісі :

Жұмыстың аты ...

Таралатын зат – иод, еріткіштер...

Тәжірибенің температурасы...С

Жалпы жағдайда еріген заттың молекулалық күйі /молекулалық салмағы / екі еріткіште де бірдей болатынын алдын ала болжау қиын, сондықтан Шилов формуласын пайдалану керек:

C

C21 n =К

К шамасын есептеу үшін С1 және С2-нің тепе тең концентрациясы мен n мәнін білу керек. Иод коецентрациясын мына формула бойынша есептейді:

Мұнда Vпр - үлгі көлемі, N – гипосульфатың нормалдылығы, V – титрлеу кеткен гипосульфит ерітіндісінің көлемі. Шилов теңдеуін логарифмдеп мынаны теңдеуді аламыз:

lgC2= nlgC1+lgK

Бұл теңдеу lgC1 мен lgC2 арасындағы сызықтық тәуелділікті береді. Иодтың су мен органикалық еріткіш арсында таралуын зерттегенде алынған мәліметтер негізінен график сызып, lgC2=f(lgC1) координаталарында қисаб бұрышы тангенсі n тең түзу аламыз. С1 С2 мәндерн ала отырып, барлық төрт қоспа үшін таралу коэффициентін есептеп тауы орташа мәнін алу керек.

Бақылау сұрақтары:

1. Таралу заңының физикалық мәні неде?

2.Қандай себептерден таралу заңынан ауытқулар байқалады?

3.Заттың араласпайтын екі сұйықтық арасында таралуының қандай пратикалық және теориялық маңызы бар?

4.Сірке немесе бензой қышқылының су мен органикалық еріткіш арасында таралуын зерттеуден қандай қорытындылар шығады:

А) Неліктен тарлу коэффициентінің шамасы тұрақты емес? Ә) Неліктен тәжірибе екі температурада жүреді?

Б) Қышқылдың димерлерінің ыдырау реакциясыны және шамалары нені білдіреді?

5. иодтың су мен органикалық еріткіш арасында таралуын зерттегенде табылған n /Шилов теңдеуінде/ мәніне сүйеніп, қандай қорытынды шығаруға болады?

Әдебиеттер:

1.Я.И.Герасимов. Курс физической химии, т.1,изд. «Химия» .1963 гл.YI ,

9,10.

2.М.В.Товбин. Физическая химия , изд. «Химия»,1975, гл.10, 268-269 беттер. 3.В.А.Киреев. Курс физической химии, изд «Химия»,1975,400-401 беттер. 4.Практикум по физической химии, под редакции С.В.Горбачева, М. «Высшая школа» , 1974, 211-214,219-223 беттер.