Работа № 3 определение коэффициента распределения йода между водой и органическим растворителем
Цель работы: определить коэффициент распределения йода между водой и органическим растворителем; изучить влияние концентрации йода на численное значение коэффициента распределения.
Аппаратура и реактивы: делительные воронки на 200 мл (2 шт.); пипетки на 2 и 20 мл; цилиндры на 100 мл; бюретки для титрования (2 шт.); колбы с притертыми пробками (2 шт.); колбы Эрленмейера на 250 мл (4 шт.); вода, насыщенная йодом; четыреххлористый углерод; четыреххлористый углерод, насыщенный йодом; растворы 0,1 и 0,01 н Na2S2O3; раствор крахмала.
При растворении вещества в системе, состоящей из двух жидких фаз, происходит его распределение с различными равновесными концентрациями в двух фазах. Распределение, например, ацетона между двумя фазами – водой и толуолом – при прибавлении небольших количеств ацетона мало зависит от количества добавленного ацетона. Распределение третьего вещества между двумя несмешивающимися жидкостями оценивается коэффициентом распределения, который определяется как отношение концентраций растворенного вещества в двух фазах. Для данной системы эта величина зависит в основном от температуры. Знание коэффициентов распределения различных веществ необходимо при подборе растворителей для экстракции растворенных веществ, особенно из водных растворов различных лекарственных препаратов. Так, растворимость органических веществ в углеводородах значительно выше, чем в воде, поэтому они могут быть извлечены из воды углеводородами. Часто экстракцию органическими растворителями из воды ускоряют, насыщая воду растворимой солью, например, хлоридом натрия, которая не растворяется в органическом растворителе. Вещества, у которых коэффициенты распределения между не смешивающимися растворителями мало различаются, можно разделить многократной экстракцией, скорость которой значительно повышается при интенсивном перемешивании или встряхивании жидкостей.
Йод мало растворим в воде, но достаточно хорошо в органических растворителях. Согласно закону распределения отношение равновесных концентраций йода в двух несмешивающихся жидкостях при данной температуре есть величина постоянная, называемая коэффициентом распределения (Z):
|
|
|
где
– равновесная концентрация йода в
органическом растворителе, моль/л,
– равновесная концентрация йода в воде,
моль/л.
Данное соотношение справедливо в том случае, когда растворяемое вещество в каждой из равновесных фаз находится в одинаковом молекулярном состоянии.
Методика проведения эксперимента. В двух колбах с притертыми пробками готовят следующие смеси:
1-я колба: 150 мл воды, насыщенной йодом + 10 мл CCl4,
2-я колба: 150 мл воды + 10 мл CCl4, насыщенного йодом.
Колбы закрывают пробками и встряхивают в течение 15 – 20 мин для установления равновесного распределения йода между двумя несмешивающимися жидкостями. Затем содержимое каждой колбы выливают в делительные воронки, после расслаивания отделяют органический слой от водного и определяют равновесную концентрацию йода в воде и в четыреххлористом углероде. Для этого отбирают из водного слоя пробу объемом 20 мл и титруют 0,01 н раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала. Из слоя CCl4 отбирают пробы по 2 мл, переносят в колбу для титрования, в которой находится 25 мл дистиллированной воды и титруют 0,1 н раствором тиосульфата натрия также в присутствии крахмала. Для каждого раствора титрование повторяют 2 – 3 раза.
Полученные данные заносят в табл. 2.1.
Таблица 2.1