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:

• 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 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
:

• 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:

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