III. Определение коэффициента распределения иода между органическим и неорганическим растворителями

1. Цель работы

Формирование навыков исследования равновесного распределения вещества между двумя несмешивающимися растворителями при постоянной температуре, расчета коэффициента распределения.

2. Теоретическая часть

Если в систему из двух компонентов, содержащую две равновесные жидкие фазы, ввести небольшое количество третьего компонента, то после установления равновесия он окажется в обеих фазах, но в разном количестве. Если концентрация третьего компонента невелика и состояние его частиц в обеих фазах одинаково, то увеличение его количества в системе пропорционально увеличит его концентрации в обеих фазах.

Согласно закону распределения для каждой температуры отношение концентраций третьего компонента в двух равновесных жидких фазах при различных его концентрациях является величиной постоянной. Этот закон характеризует равновесное состояние системы и может быть представлен уравнением:

а_1.1/а_1.2= К, (14)

где а_1.1 и а_1.2 – активность растворенного вещества соответственно в растворителе 1 и 2.

Величину К называют коэффициентом распределения. Он зависит от природы компонентов, составляющих систему, и температуры. В разбавленных растворах вместо соотношения активностей для расчета коэффициента распределения можно пользоваться соотношением концентраций растворенного вещества в обеих фазах:

с_1.1/с_1.2= К, (15)

В ряде случаев распределяющееся вещество вследствие диссоциации или ассоциации его молекул обладает неодинаковым средним размером частиц в разных растворителях, и закон распределения может быть представлен уравнением:

К = с_1.1/cⁿ_1.2, (16)

где n - показатель при постоянной температуре , независящий от концентрации и характеризующийся свойствами всех трех компонентов, составляющих систему. Он может быть выражен соотношением средних молярных масс распределяющегося вещества в первой и во второй фазах:

n = M_1.1/M_1/2. (17)

Отклонения от закона распределения наблюдаются при различных состояниях растворенных молекул в одной из фаз системы. Такими различными состояниями могут быть диссоциированные или ассоциированные молекулы растворенного вещества. По коэффициенту распределения можно определить степень диссоциации или ассоциации растворенного вещества в том или ином растворителе, константу равновесия реакции, протекающей в одной из фаз, активности растворенных веществ и другие свойства. Закон распределения широко используется при экстрагировании веществ из раствора.

Экстрагированием (экстракцией) называется извлечение вещества из раствора подходящим растворителем, которые не смешивается с первым и в то же время растворяет извлекаемое вещество в большем количестве, чем первый. Примем следующие обозначения:

g₀ - начальное количество вещества, которое подвергается экстрагированию;

V₁ – объем раствора, в котором находится экстрагируемое вещество;

V₂ – Объем растворителя, при помощи которого производится одно экстрагирование;

n – общее число экстрагирований;

g_n – количество вещества, остающееся в первоначальном растворе после n-го экстрагирования

К – коэффициент распределения экстрагируемого вещества.

После n экстрагирований в исходном растворе останется исходного вещества

g_n = g₀ (17)

А всего будет извлечено вещества ( g = g₀ – g_n):

G = g_{0 .} (18)

При экстракции коэффициентом распределения условились называть отношение концентрации раствора, из которого экстрагируется распределяющееся вещество, к концентрации раствора, которым производится экстрагирование.