Prot_T16 - Webstil.info

Axel Gottwald
Thomas Hendel
10.11.05
Gr. 50
Versuch T 16-B: Nernstsches Verteilungsgesetz
Zielstellung:
Untersucht wird das Verteilungsgleichgewicht eines Azofarbstoffes zwischen n-Heptan und
Propylencarbonat (PC). Der Verteilungskoeffizient KC für den Azofarbstoff ist zu bestimmen.
Vorbetrachtung:
Das GIBBSsche Phasengesetz lautet allgemein: P  F  K  2
Dabei ist P die Zahl der Phasen, F die Zahl der Freiheiten und K die Zahl der Komponenten.
Freiheiten sind intensiven Zustandsgrößen wie Druck, Temperatur und Molenbrüche, die
sich unabhängig voneinander verändern lassen ohne dass sich der Zustand des Systems
ändert.
Eine Phase ist ein Zustand der Materie in einem System, in dem die physikalischen und
chemischen Eigenschaften eines Systems konstant sind.
Komponenten sind alle unabhängigen reinen Stoffe, die in allen Phasen eines Systems
enthalten sind bzw. die es beschreiben.
Bei diesem Versuch liegt ein Dreikomponentensystem (K=3) mit 2 kondensierten Phasen
vor. Druck und Temperatur sind also nicht mehr frei wählbar. Zahl der Freiheiten: F = 1
Der Nernstsche Verteilungssatz bezieht sich auf ein dreiphasiges System, bei dem eine
Komponente zwischen zwei praktisch nicht mischbaren, flüssigen Phasen verschieden
gelöst wird. Das Verhältnis der Aktivitäten des gelösten Stoffes B zwischen den beiden
Phasen wird dabei als konstant angesehen. Näherungsweise lässt sich dies auch auf die
Konzentrationen anwenden.
KC 
a B" c B"
mB" v '

'


a B'
c B'
v " mB'
mB'  mB" 
v'
1

"
v KC
Die Masse des Stoffes B in der zweiten Phase nach der Extraktion entspricht logischerweise
der Differenz zwischen der Konzentration des Stoffes in der ersten Phase vor und nach der
Extraktion.
mB" ,i  mB' ,i 1  mB' ,i
m
'
B ,i
mB' ,i


v'
1
 m
m  
v" K C
1
 mB' ,i 1 

v" 
1  K C  ' 
v 

'
B ,i 1
'
B ,i
k
1
1  KC 
v"
v'
Eingesetzt und umgestellt erkennt man, dass die Masse des Stoffes B in der ersten Phase
nach der Extraktion gleich dem Produkt der Masse des Stoffes in der ersten Phase vor der
Reaktion und dem Faktor k.
Werden nun mehrfache Extraktionen betrachtet, so lässt sich die Masse des Stoffes B in der
ersten Phase nach der i-ten Extraktion darstellen als Produkt aus Ausgangsmasse des
Stoffes B und dem Faktor k in der i-ten Potenz.
mB' ,i  mB' ,0  k i
Durchführung:
Der Versuch wurde wie im Skript beschrieben durchgeführt. Einzige Veränderung war die
Konzentration der Stammlösung, welche 250mg/l statt 500mg/l betrug. Die
Stammlösungsanteile in den Eichlösungen wurden dabei konstant gehalten wodurch sich die
Konzentration des Farbstoffes halbierte.
Auswertung:
Aufnahme der Eichkurve
Lösung
Anteil Stammlösung
in ml/10ml
Konzentration
in mg/100ml
Extinktion
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
2,5
5
7,5
10
12,5
15
17,5
20
22,5
25
0
0,089
0,159
0,253
0,312
0,369
0,440
0,532
0,600
0,691
0,758
a.)
Extinktion
Unbekannte (frisch)
Unbekannte (ausgeschüttelt)
KC 
0,518
0,341
Konzentration in mg/100ml
graphisch ermittelt
16,88
10,87
n " c " c0  c ' 16,88  10,87
 

 0,55
n' c '
10,87
c'
 da v’=v“ und c“=c0-c’
b.)
Theoretische Berechnung der Konzentrationen mithilfe des Nernstschen Verteilungssatzes:
KC = 0,55
vi” = 20ml
c0 = 16,88mg/100ml = 0,1688mg/ml
m0 = c0 • v0’ = 0,1688mg/ml • 60ml = 10,128mg
1. Ausschütteln:
m1'  m0' 
1
1  KC 
v"
v'
 10,128mg 
1
1  0,55 
1
3
 8,559  c1' 
14,27mg
100ml
 7,233  c2' 
12,06mg
100ml
2. Ausschütteln:
m2'  m1' 
1
1  KC 
v"
v'
 8,559mg 
1
1  0,55 
1
3
3. Ausschütteln:
m3'  m2' 
1
1  KC 
v"
v'
 7,233mg 
1
1  0,55 
1
3
 6,113  c3' 
10,19mg
100ml
Gegenüberstellung theoretische und praktisch ermittelte Werte:
1. Ausschütteln
2. Ausschütteln
3. Ausschütteln
theoretisch
praktisch
theoretisch
praktisch
theoretisch
praktisch
Extinktion
0,420 (graph.)
0,472
0,375 (graph.)
0,410
0,320 (graph.)
0,360
Konzentration
in mg/100ml
14,27
15,30
12,06
13,20
10,19
11,50
Fehlerbetrachtung/Wertung:
Der Versuch war zunächst problemlos durchzuführen. So führte die Bestimmung der
Ausgangskonzentration der Unbekannten und des Verteilungskoeffizienten zu brauchbaren
Werten. Als systematischer Fehler ist festzuhalten, dass bei der Berechnung von Kc die
Konzentrationen und nicht die Aktivitäten verwendet wurden. Inwiefern sich diese Näherung
auf das Ergebnis auswirkt, lässt sich nicht berurteilen.
Als deutliche problematischer stellte sich der Teil b.) der Aufgabenstellung heraus. Die
Ergebnisse weichen auch deutlich von den erwarteten Werten ab. Dafür ist größtenteils die
nichteinsetzende klare Phasentrennung verantwortlich. Auch nach längerem Warten war die
Trübung nicht verschwunden. Somit wurden in den Küvetten teilweise abenteuerliche Werte
gemessen. Man erhielt zunächst unlogische Extinktionswerte größer als bei der
Ausgangskonzentration. Die Werte waren auch instabil. So stiegen sie zunächst stark an
fielen dann aber wiederum stark ab. Die aufgeführten Werte sind in dem Moment gemessen,
als das Fallen der Werte sich deutlich verlangsamte. Die hohen Werte sind darauf
zurückzuführen, dass die Trübung in der Küvette ein starke Streuung hervorruft.
Als ein systematischer Fehler ist noch aufzuführen, dass das langanhaltende Schütteln der
Scheidetrichter einen Temperaturanstieg des Systems aufgrund der Handwärme hervorruft.
Da KC temperaturabhängig ist, tritt hier auch eine Abweichungauf.