Informe Coeficiente de Reparto Real

 

COEFICIENTE DE REPARTO

PRESENTADO POR: SERGIO ANDRES ANAYA TOLEDO DAVID SAMUEL ARNDEDO ESPITIA GUADALUPE CONTRERAS ROJAS JONATAN REY DE LA OSSA COGOLLO  ANDERSON DAVID PEINADO ALVAREZ ALVAREZ

Informe de laboratorio de Fisicoquímica II Docente: Msc. Dairo Pérez Sotelo

UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS PROGRAMA DE QUÍMICA MONTERÍA- CÓRDOBA 2015

 

OBJETIVOS



Objetivo General: 

Estu Es tudi diar ar y Co Cono noce cerr la dist distri ribu buci ción ón de un solu soluto to en entr tre e do doss Líqu Líquid idos os inmiscibles



Objetivos específicos: 

Hallar el coeficiente de reparto y el grado de asociación.



Encontrar las respectivas concentraciones de cada mezcla.



 Aplicar los conocimientos aprendidos teóricamente.

 

MARCO TEÓRICO

La ley de distribución distribución de Nernst esta establece blece que una sustan sustancia cia se distribu distribuye ye entre dos solventes hasta que en el equilibrio se alcanza una relación constante de actividades de la sustancia en las dos capas para una temperatura establecida. Una vez alcanzado el equilibrio, el potencial químico del soluto será el mismo en ambas fases, de manera que  μ1= μ 2

Dicha distribución está sujeta a las siguientes condiciones: -

El rep repar arto to se debe ef efec ectu tuar ar a te temp mpera eratu tura ra con const stant ante e dura durant nte e todo el pro proces ceso, o, puesto que la temperatura influye sobre la cantidad de soluto disuelta en cada líquido, líqui do, de forma que para cada temperatura temperatura de trabaj trabajo o el equil equilibrio ibrio del soluto en los distintos solventes será distinto.

-

No deb debe e prod produci ucirse rse ni ningu nguna na rea reacci cción ón quí químic mica a entre entre ning ninguno uno de llos os com compon ponent entes es del sistema, ya que si se forma un nuevo producto, esto falsearía los datos referidos a las concentraciones del soluto inicial.

-

Las soluci soluciones ones deben ser dilui diluidas. das. A al altas tas concent concentracione racioness a aparecen parecen inter interaccione accioness entre soluto y solventes que interfieren en la proporción en la que el soluto e distribuye en las distintas fases. Cuando las soluciones son diluidas y el soluto se comporta de manera ideal, la actividad es prácticamente equivalente a la concentración y el coeficiente de reparto se expresa como la relación de concentraciones. El coeficiente de reparto es una constante de equilibrio, depende de la temperatura y naturaleza de los solventes y soluto involucrados y no de la cantidad de solventes y solutos-cuando se trabaja trabaja a con concent centrac racion iones es muy diluid diluidas-. as-. El coefi coeficie ciente nte de repa reparto rto bajo las condiciones anteriormente expuestas, se puede considerar un caso particular de la ley de Henry y está dado entonces por:

 

 β

 K c =

C s

α 

C s

 β s

 Donde K  es la constante adimensional denominada coeficiente de reparto, C   es la concentración del soluto en la fase I y C α s  es la concentración del soluto en la c

fase II. Cuando se presentan fenómenos de asociación o disociación del soluto, que dependen depende n de la concent concentración ración total, debe buscarse una expres expresión ión adecuada que relacione la concentración de soluto en las dos fases y que pueda expresarse en términos de las especies formadas, Se considera aquí el caso en que el soluto S se asocia en la fase líquida b (fase orgánica) dando un solo tipo de asociado S βn siendo n el grado de asociación y se encuentra total o casi en su totalidad en forma monomérica en la fase α (acuosa). De acue acuerd rdo o con con lo ante anteri rior or,, la asoc asocia iaci ción ón qu que e ocur ocurre re en la fase fase β pu pued ede e representarse por el equilibrio  β

 β

n Sn ↔ Sn

O sea

 [ C  βssnn]  K n=  β n [C sn ]

En esta expresión C  βs  representa la concentración de la especie asociada y C  βssnn, la concentración de la especie monomérica, estando ambas especies en la fase β, n el grado de asociación y K n  la con consta stante nte de aso asocia ciació ción n cor corresp respond ondien iente. te. Si adem ad emás ás se cons consid ider era a qu que e la asoc asocia iaci ción ón es pr prác áctitica came ment nte e comp comple leta ta,, su concentración deberá ser aproximadamente igual a su concentración analítica C  βs , por tanto la distri distribución bución de la especie tenie teniendo ndo en cuenta las definic definiciones iones de K c  y Kn, será:

 

α 

  1

 β 1/ n

 (C s ) C s = 1 /n  K c K n

 Así, al realizar una gráfica de lnC α s  en función de lnC  βs  debe obtenerse una recta a partir de la cual se puede determinar el grado de asociación n y usando el valor de Kc se calcula el valor de la constante de asociación K n.

 

RESULTADOS

Tabla N°1: Resultados de la titulación de las mezclas (Agua-Cloroformo-ácido acético) con NaOH N° De mezcla

1 2 3 4 5 6

Volumen(mL) de NaOH

Volumen(mL) de NaOH

0,4N gastado por la fase

0,4N gastado por la fase

Orgánica

acuosa 3,2 6,2 9,2 10,7 12,6 15,3

CUESTIONARIO

0,1 0,6 0,8 0,9 1,2 1,6

 

1. Determinar la concentración del ácido en las dos fases y expresarla en moles/L

Mezcla 1 (15mL de agua, 15mL de cloroformo y 0,3mL de ácido acético)  0,4  N gastado porla Volumen olumen de NaOH  0,4 por la fase acuosa ( V  ¿¿  ¿¿  F , A )=0,1 ¿ mL  0,4  N gastado porla Volumen olumen de NaOH  0,4 por la fase or orgánica gánica ( V  ¿¿  ¿¿ F , O)= )=¿¿ ¿ 3,2mL

Utilizando C1V1 ¿ C2V2 se podrá calcular la concentración de ácido acético en cada fase, así: -Concentración de ácido acético en la fase acuosa C1 = 0,4M V1 = 0,1mL V2 = 5mL C 2=

C 1 V 1 V 2

=

0,4 N ∗0,1 mL   =0,008 M  5 mL

-Concentración de ácido acético en la fase orgánica C1 = 0,4M V1 = 3,2mL V2 = 5mL C 2=

C 1 V 1 V   22

=

0,4 N ∗3,2 mL   =0,256 M  5 mL

Mezcla 2 (15mL de agua, 15mL de cloroformo y 0,5mL de ácido acético)

 

 0,4  N gastado porla Volumen olumen de NaOH  0,4 por la fase acuosa ( V   ¿¿ ¿¿ F , A )=0,6 ¿ mL  0,4  N gastado porla Volumen olumen de NaOH  0,4 por la fase or orgánica gánica ( V   ¿¿ ¿¿ F , O)= )=¿¿ ¿ 6,2mL

-Concentración de ácido acético en la fase acuosa C1 = 0,4M V1 = 0,6mL V2 = 5mL C 2=

C 1 V 1 V 2

=

0,4 N ∗0,6 mL   = 0,048 M  5 mL

-Concentración de ácido acético en la fase orgánica C1 = 0,4M V1 = 6,2mL V2 = 5mL C 2=

C 1 V 1 V  2

=

0,4 N ∗6,2 mL   =0,496 M  5 mL

Mezcla 3 (15mL de agua, 15mL de cloroformo y 0,8mL de ácido acético)  0,4  N g astado por la fase acuosa( V  ¿¿ Volumen olumen de NaOH  0,4  ¿¿ F , A )=0,8 ¿ mL  0,4  N gastado porla Volumen olumen de NaOH  0,4 por la fase or orgánica gánica ( V   ¿¿ ¿¿ F , O)= )=¿¿ ¿ 9,2mL

-Concentración de ácido acético en la fase acuosa

 

C1 = 0,4M V1 = 0,8mL V2 = 5mL C 2=

C 1 V 1 V 2

=

0,4 N ∗0,8 mL   = 0,064 M  5 mL

-Concentración de ácido acético en la fase orgánica C1 = 0,4M V1 = 9,2mL V2 = 5mL C 2=

C 1 V 1 V  2

=

0,4 N ∗9,2 mL   =0,736 M  5 mL

Mezcla 4 (15mL de agua, 15mL de cloroformo y 1mL de ácido acético)  0,4  N gastado porla  ¿¿  F , A )=0,9 ¿mL Volumen olumen de NaOH  0,4 por la fase acuosa ( V  ¿¿  0,4  N gastado porla Volumen olumen de NaOH  0,4 por la fase or orgánica gánica ( V  ¿¿  ¿¿ F , O)= )=¿¿ ¿ 10,7mL

-Concentración de ácido acético en la fase acuosa C1 = 0,4M V1 = 0,8mL V2 = 5mL C 2=

C 1 V 1 V 2

=

0,4 N ∗0,9 mL   =0,072 M  5 mL

-Concentración de ácido acético en la fase orgánica

 

C1 = 0,4M V1 = 10,7mL V2 = 5mL C 2=

C 1 V 1 V 2

=

0,4 N ∗10,7 mL   =0,856 M  5 mL

Mezcla 5 (15mL de agua, 15mL de cloroformo y 1,2mL de ácido acético)  0,4  N gastado porla Volumen olumen de NaOH  0,4 por la fase acuosa ( V   ¿¿ ¿¿ F , A )=1,2 ¿mL  0,4  N gastado porla Volumen olumen de NaOH  0,4 por la fase or orgánica gánica ( V  ¿¿  ¿¿ F , O)= )=¿¿ ¿ 12,6mL

-Concentración de ácido acético en la fase acuosa C1 = 0,4M V1 = 1,2mL V2 = 5mL C 2=

C 1 V 1 V  2

=

0,4 N ∗1,2 mL   =0,096 M  5 mL

-Concentración de ácido acético en la fase orgánica C1 = 0,4M V1 = 12,6mL V2 = 5mL C 2=

C 1 V 1 V 2

=

0,4 N ∗12,6 mL   =1,008 M  5 mL

Mezcla 6 (15mL de agua, 15mL de cloroformo y 1,5mL de ácido acético)

 

 0,4  N gastado porla Volumen olumen de NaOH  0,4 por la fase acuosa ( V  ¿¿  ¿¿  F , A )=1,6 ¿mL  0,4  N gastado porla )=¿¿ ¿ 15,3mL Vol olu u men de NaOH  NaOH  0,4 por la fase or orgánica gánica ( V  ¿¿  ¿¿ F , O)=

-Concentración de ácido acético en la fase acuosa C1 = 0,4M V1 = 1,6mL V2 = 5mL C 2=

C 1 V 1 V 2

0,4 N ∗1,6 mL   =0,128 M  5 mL

=

-Concentración de ácido acético en la fase orgánica C1 = 0,4M V1 = 15,3mL V2 = 5mL C 2=

C 1 V 1 V  2

0,4 N ∗15,3 mL   =1,224 M  5 mL

=

 β

2. Para cada una de las mezclas estudiadas obtener la relación

C S

C S

α 

  y con estos

datos realizar una gráfica en función de la concentración de ácido en la fase  β

orgánica C  . Por extrapolación obtener el valor del coeficiente de reparto. S

 

Teniendo en cuenta que:  β C S  = Concentración de ácido acético en la fase orgánica

C S =¿  Concentración de ácido acético en la fase acuosa α 

Mezcla 1  β

C S C S

= α 

0,256 M   =32 0,008 M 

Mezcla 2  β

C S C S

= α 

0,496 M   =10,33 0,048 M 

Mezcla 3  β

C S C S

= α 

0,736 M   =11,5 0,064 M 

Mezcla 4  β

C S C S

= α 

0,856 M   =11,88 0,072 M 

Mezcla 5  β

C S C S

α 

=

1,008 M   =10,5 0,096 M 

Mezcla 6

 

 β

C S C S

α 

=

1,224 M   =1,085 1,128 M 

Tabla N° 2 Resultados de la relación entre la concentración de ácido acético en las fase para cada mezcla respecto a la concentración del ácido en la fase orgánica. N ° de mezcla

 

 β

C S C S

 β

C S

α 

1 2 3 4 5

32 10,33 11,5 11,88 10,5

0,256 0,496 0,736 0,856 1,008

6

1,085

1,224

Grafico 1: Valor del coeficiente de reparto a partir de la extrapolación de los datos experimentales.

 

relación de concentraciones concentra ciones del ácido (org/acu) vs concentración de ácido en la fase orgánica 35

30 f(x) = − 16.16 ln(x) + 6.64 25

20                     /               

15

10

5

0 0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2



Por extrapolación, el coeficiente de reparto es K c = 6,6438

3. Construir una gráfica de ln C Sα   en función función de ln C S β y determinar determinar e ell grado grado de asociación n para obtener la constante K n.

1.4

 

Los valores requeridos se obtiene a partir de la pendiente, del intercepto y del coeficiente de reparto obtenido debido a que:

α 

ln C 

[

S

1

 β

] = n ln [ C  ]− ln k   ¿¿¿¿ S

c

 Al graficar g raficar ln C Sα  en función de ln C S β  , la pendiente pendiente d de e la recta ccorrespon orresponderá derá al grado de asociación n Pendiente: m =

1

n

Intercepto. b =−ln k c ¿ ¿ 

Tabla N° 3: Resultados del logaritmo natural de la concentración de ácido acético en la fase orgánica y la acuosa para cada mezcla. N° de mezcla 1 2 3 4 5 6

lnC Sα  -4,82 -3,03 -2,74 -2,63 -2,34 -2,05

ln C S β -1,36 -0,7 -0,3 -0,15 0,008 0,2

Gráfico N ° 2: Valor del grado de asociación y de la constante de asociación

 

In(concentracion del ácido en la fase acuosa) vs In(concentración del ácido en la fase orgánica) -1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

00

-1

-2

f(x) = 1.68 x − 2.29

-3

       n          L

-4

-5

-6

Ln

 1

Por lo que n = = m

  1 =0,594 1,6828

b =−ln k c ¿ ¿  b=

−1  ln

k n=

n

k c ( k n)

  −4,538 =4 −1  ln 0,594 0,5 94 ln ( 6,6438 ) − k c   b

n

=

0.2

0.4

 

 ANÁLISIS

La ley de distribución de Nernst establece que una sustancia se distribuye entre dos solventes hasta que en el equilibrio se alcanza una relación constante de actividades de la sustancia en las dos capas para una temperatura establecida. Una vez alcanzado el equilibrio, el potencial químico del soluto será el mismo en ambas fases: µ1=µ2. Cuando las soluciones son diluidas y el soluto se comporta idealmente, la actividad es prácticamente igual a la concentración y el coeficiente de reparto se expresa como la relación de concentraciones (K=C1/C2).   El reparto se debe efectuar a temperatura constante durante todo el proceso, puesto que la temperatura influye sobre la cantidad de soluto disuelta en cada líquido, de forma que para cada temperatura de trabajo el equilibrio de distribución del soluto en los distint distintos os disolventes será distinto Dicha Ley de Distri Distribució bución n sólo se aplica a especies moleculares simples. La relación C1 /C2 no se mantiene constante cuando el soluto está ionizado, polimerizado o solvatado en un solvente y no en el otr otro. o. Las dis disolu olucio ciones nes deb deben en ser diluid diluidas. as. A altas altas concent concentraci racione oness aparecen aparece n intera interaccione ccioness entre soluto y disolv disolventes entes que interf interfieren ieren en la proporción en la que el soluto se distribuye en las distintas fases.  Ahora, en la práctica utilizamos el sistema agua-cloroformo-ácido acético. En donde el ácido acético es el soluto miscible entre los dos líquidos inmiscibles agua-cloroformo. Uno de los objetivos planteados en esta práctica fue hallar el coeficiente de reparto del ácido en los dos líquidos, para esto preparamos las soluciones soluci ones en difere diferentes ntes composici composiciones ones diluidas a tempe temperatura ratura constant constante e y luego titulamos la fase acuosa y orgánica con hidróxido de sodio 0,4 N. En la tabla 1 pode po demo moss ob obse serva rvarr el vo volu lume men n gas gasta tado do del ag agen ente te titu titula lant nte e en ca cada da fa fase se y notamos que aunque ambas fases contenían el ácido acético, la fase orgánica (cloroformo) lo contenía en mayor proporción.

 

Luego, hallamos las concentraciones del ácido en las dos fases y mediante una gráfica obtuvimos el valor de la constante adimensional denominada coeficiente de reparto, con un valor de Kc = 6,6438. Además, hallamos el grado de asociación obteniendo una constate k n=4 . Dicho todo esto, sabiendo que se trabajó en las condiciones adecuadas según establece la ley de distribución de Nernst podemos inferir que el procedimiento se hizo hiz o de la mej mejor or man manera era obt obteni eniendo endo exc excele elente ntess res result ultado adoss y cum cumpli pliend endo o los objetivos propuestos.

 

CONCLUSIÓN

Existe Exist e una distrib distribución ución de solut soluto o cuando est este e es agregado a dos solven solventes tes que son inmiscibles entre sí, pero miscibles con el soluto; de esta mezcla resulta una fase orgánica y una acuosa y el soluto es repartido en proporciones diferentes en cada solvente, con mayor tendencia hacia una de las dos fases. Es posible la determinación de la concentración de soluto en ambas fases cuando se obtiene por titulación la concentración final de acuerdo a una ya conocida, además se logra determinar el grado de asociación por la gráfica ln C α s  en función de lnC  βs   y su constante al reemplazar en la fórmula de Kc.

 

BIBLIOGRAFÍA

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