Coeficient de repartiment

COEFICIENT DE REPARTIMENT. CONSTANT D'EQUILIBRI. Objectiu: A aquesta pràctica volem obtenir el coeficient de repartiment d'un solut (iode) entre dos líquids inmiscibles ( aigua i tetraclorur de carboni ). A partir d'aquest coeficient podem trobar la constant d'equilibri de la reacció en dissolució aquosa entre iodur i iode per formar el ió triiodur. Introducció teòrica: El iode és més solubre en tetraclorur de carboni que en aigua. A més el CCl4 és insolubre en aigua (és més dens que aquesta), per tant es formen dues fases. Al afegir iode a aquesta mescla, quan arribem a l'equilibri s'ha de complir que les fugacitats del iode a ambdues fases han de ser iguals. Però tenint en compte que la concentració de iode a les dues fases són baixes suposarem que compleix la Llei de Henry, és a dir, es complirà: A partir d'aquesta expressió obtenim la constant de repartimentKD: En dissolució aquosa el iode forma un ió complex triiodur: On la constant d'equilibri: Material i reactius: • Balança − Tetraclorur de carboni • 2 matrassos de 250ml − Solució de iode en CCl4 • 1 matràs de 500ml − Iodat potàssic • 1 matràs de 100ml − Ioudr potàssic • 1 proveta de 250ml −Tiosulfat sòdic pentahidratat • 1 proveta de 100ml − Carbonat sòdic • 1 proveta de 25ml − Àcid clorhídric concentrat • 2 pipetes de 100ml − Cloroform • 1 bureta de 25ml − Solució de midó a l'1% • 1 pipeta de 2ml • 1 pipeta de 5ml • 1 pipeta de 10ml • 1 erlenmeyer de 250ml • 1 erlenmeyer de 100ml • 1 vas de precipitats de 2l Procediment experimental: Preparació d'una solució de tiosulfat sòdic 0.01 M La preparació ja està feta, però la valorarem per assegurar−nosde la seva concentració. Per tal de realitzar la valoració, vem preparar dues dissolucions: 1

• una dissolució de 0.17 g de iodat potàssic en un matràs aforat de 250ml. • Una dissolució 1M de HCl a partir de l'àcid concentrat al 37%. La quantitat d'àcid necessari serà: Per tant diluïm aquesta quantitat d'àcid concentrat en un matràs de 100ml. En un erlenmeyer de 250ml s'afegeix 10ml de la solució de iodat potàssic, 5 ml de la solució HCl 1M i 0.1g de iodur potàssic. Comencem a realitzar la valoració fins que prengui un color groc clar, en aquest moment afegim 0.6ml de midó. La dissolució canvia de color a blau fosc. Seguim valorant fins el punt de viratge (en el moment en que es torni transparent). Els volums afegits de la solució valorant són: V1=18ml V2=19ml Tenint en compte l'estequeometria podem saber la molaritat de tiosulfat: Primer hem de saber quina molaritat té la solució de KIO3 que hem introduït a la dissolució: Com hem introduït 10ml de la solució,hem de neutralitzar 3.20·10−5 mols, fixant−nos en la relació estequiomètrica (1/6) necessitem: 3.20·10−5 mols · Fem el quocient entre el mols necessaris i el volum afegit tenim la concentració de tiosulfat: 1.− V1=18ml 2.− V2=19ml Fem la mitjana de les dues valoracions: [S2O3−2]=1.03·10−2 M Determinació de la constant de repartiment Per a poder mesurar la constant de repartiment hem de saber la concentració de la substància en cada una de les seves fases. En aquest cas realitzarem una mescla d'aigua, iode i tetraclorur de carboni. Vam afegir 20ml de tetraclorur, 20ml més de tetraclorur saturat amb iode i 200ml d'aigua, tot això en un matràs de 250ml. La mescla s'agita durant 40 minuts i passat aquest temps es deixa reposar 10 minuts. Es veuen dues fases ben diferenciades: la fase més densa és la orgànica i la superior és l'aquosa. Hem d'analitzar les concentracions de iode a cadascuna de les dues fases per trobar la seva constant de repartiment. • Primer vem pipetejar 100ml de la solució aquosa i li vàrem afegir 0.2g de iodur potàssic. Comencem a valorar amb la dissolució de tiosulfat de concentració coneguda, quan pren un color groc suau, afegim uns 0.6ml de midó. Valorem fins el viratge. El volum gastat és: V = 10.7ml • Després vam pipetejar ( amb molt de compte) 2ml de la fase orgànica del fons de l'erlenmeyer. A un 2

erlenmeyer introduïm els 2ml de fase orgànica, 30 ml d'aigua i uns 0.4 grams de iodur potàssic. Realitzem la valoració idènticament a l'nterior i el volum gastat és: V = 18.2ml Com sabem el volum gastat de l'espècie valorant i tenim l'estequeometria de la reacció trobarem la constant buscada. • Primer trobem els mols de tiosulfat gastat. • Després passem aquests mols de tiosulfat a mols de I2 que hi ha a solució valorada. • Trobem la concentració d'aquest iode. Fase aquosa % % % Fase orgànica % % % Ara que ja coneixem les concentracions de iode en les dues fases, la constant de repartiment serà: Determinació de la constant d'equilibri E l primer que cal fer es preparar una solució de 500ml de iodur potàssic 0.05M, per aconseguir aquesta concentració és necessari diluïr:

Ara, en un martas de 250 ml afegirem 40ml de tetraclorur de carboni saturat amb iode i 200ml de la solució d'iodur potàssic. Com a la determinació anterior es torna a agitar durant 40 minuts i passat aquest temps es deixa reposar 10 minuts. Tornem a repetir el procediment de la determinació de la constant de repartiment. Prenem primer 10ml de la fase aquosa i 2ml de la fase orgànica després. Realitzem les valoracionsamb tiosulfat de forma idèntica. El volum gastat és: Vfase aquosa=24.6ml Vfase orgànica=18.6ml A partir de les relacions estequeomètriques i els volums gastats obtenim les concentracions de I2 i I : 3

• Primer trobem els mols de tiosulfat gastat. • Després passem aquests mols de tiosulfat a mols de I2 i I que hi ha a solució valorada. • Trobem la concentració de I2 i I . Fase aquosa % %

%

Fase orgànica % %

%

A partir de la constant de repartiment i la concentració de iode coneguda a la fase orgànica podem saber la concentració de iode a la fase aquosa

A partir de la concentració de iode a la fase aquosa podem obtenir la concentració de l'ió complex:

Tenint en compte que la concentració inicial de iodur potàssic és la suma de concentracions de ,tenim:

4

Ara ja podem trobar la constant d'equilibri de la reacció, Keq:

Determinació del percentatge de iode extret de la fase aquosa • En la detreminació de la constant de repartiment: %I2,H2O=

%I2,H2O = 5.52% • En la detreminació de la constant de repartiment: % I2,H2O =

% I2,H2O =

% I2,H2O = 52.67% El percentatge de iode extret al segon cas és molt més elevat, a causa de la reacció d'equilibri. Equilibri químic

5