UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIRIQUÍ FACULTAD DE CIENC IAS NATURALES Y EXA CTAS ESCUELA DE QUÍMICA COEFICIENTE DE REPARTO
Integrantes: -Amber Valdés (4-787-1183)
-Sharon Cubas (4-782-2072) Coordinadora: Yesselys Silvera
Resumen: El coeficiente de reparto ( ) nos permite deducir la concentración final del soluto en las distintas fases tanto en la acuosa como la orgánica; en esta experiencia el objetivo principal fue determinar el coeficiente de reparto de un soluto entre dos disolventes inmiscibles entre sí. En este caso el soluto en estudio fue el ácido acético y los disolventes fueron el agua destilada y el éter etílico. Se preparó ácido acético a diferentes concentraciones, estas fueron a 0.5 N, 0.25 N y 0.125 N. Se valoraron con hidróxido de potasio 0.2 N el cual fue estandarizado con ácido succínico (patrón primario), en dicha estandarización se determinó que la concentración real del hidróxido de potasio era de 0.1655 N, luego de esto se procedió a valorar las fases acuosas y orgánicas de cada concentración de ácido acético contenida en los embudos de separación para posterior a esto calcular su coeficiente de reparto. Se obtuvo que para el embudo de concentración 0.5 N su fue de 0,4998y para los embudo de concentración 0.25 N y 0.125 N su fue de 0.4802 y 0.5897 respectivamente, también determinamos la constante de reparto medio y este fue de 0,19381. Después de ver el comportamiento del soluto y los solventes en el sistema cerrado podemos inferir que cuando una sustancia se distribuye entre dos líquidos inmiscibles entre sí, la relación de las concentraciones de dicho sustancia en las dos fases será constante, sin importar la concentración a la cual se encuentra la sustancia en estudio. Palabras claves: Solubilidad, concentración, miscibilidad, fase acuosa y orgánica, ley de distribución. Objetivo: Determinar la constante de reparto de un soluto (ácido acético) entre dos disolventes inmiscibles entre sí (agua y éter etílico). Marco teórico : De acuerdo con González (2010) , cuando una sustancia se distribuye entre dos líquidos miscibles entre sí o ligeramente miscibles, y para el caso en que se produzca una distribución análoga en ambos disolventes (es decir, sin procesos adicionales de asociación ni de disociación molecular en ninguna de las fases), la relación entre las concentraciones de soluto en las dos fases tendrá un valor constante que se denomina coeficiente de reparto, K. Este coeficiente es constante para una determinada temperatura y puede representarse con la = en donde: 1 = ó 2 = ó
siguiente ecuación:
=
Esta distribución está sujeta a las siguientes condiciones:
Las disoluciones tienen que estar diluidas, ya que a altas concentraciones aparecen interacciones entre el soluto y disolventes que interfieren en la proporción en la que el soluto
se lasno distintas fases. reacciones Es distribuye importanteen que se produzcan químicas entre las sustancias que forman la muestra, ya que darían lugar a otros compuestos distintos. Debe existir una temperatura constante, ya que la temperatura es un factor influyente a la hora de hablar de la cantidad de soluto que se disuelve en cada una de las fases. La distribución de un soluto entre dos fases inmiscibles es un proceso de equilibrio que sigue la ley de acción de masa. Las constantes de equilibrio para estos procesos varían
enormemente para diferentes solutos haciendo útiles los métodos de extracción como métodos de separación. La partición de un soluto entre dos disolventes inmiscibles, está gobernada por la ley de distribución. Para un soluto A que se distribuye
entre una fase acuosa y una fase orgánica de acuerdo al equilibrio. ↔ Patiño (2006). Materiales y Reactivos: Tabla 1. Materiales.
Tabla 2. Reactivos. Reactivos
Fenolftaleína C20H14O14 Propiedade s físicas: Apari enc ia: po lv o blanco. Densidad: 1277 kg/m3; 1,277 g/cm3 Masa molar: 318,32 g/mol Punto de fusión: 531 K (258 °C) Propiedades químicas: Solubilidad en agua: Insoluble.
Toxicidad Inhalación: puede ser irritante de las membranas mucosas y del tracto respiratorio superior. Ingestión: puede causar diarrea, trastornos de estómago y debilidad. Contacto con la piel: puede causar reacciones alérgicas en la piel. Contacto con ojos: puede producir irritaciones en ojos.
Estructura cristalina: sistema cristalino monoclínico Viscosidad: 1.074 mPa·s a 20 °C. Propiedade s químicas: Acid ez: 15,9 pKa Solubilidad en agua: Miscible
Contacto con ojos: irritación, enrojecimiento, dolor. Contacto con la piel: puede causar resequedad.
Ácid o acéti co (CH3COOH)
Inhalación: Puede provocar dolor de garganta, tos, jadeo y dificultad respiratoria. Ingestión: Puede producir dolor de garganta, sensación de quemazón del tracto digestivo, dolor abdominal, vómitos y diarrea. Contacto con la piel: Puede provocar enrojecimiento, dolor y graves quemaduras cutáneas. Contacto con los ojos: Puede causar dolor, enrojecimiento, visión borrosa y quemaduras profundas graves. Inhalación: Causa náuseas, vómito, dolor de cabeza y pérdida de la conciencia, causando cierta irritación del tracto respiratorio. Contacto con ojos: Los irrita levemente y en caso de irritación severa, los daños son, generalmente, reversibles. Contacto con la piel: Produce resequedad y dermatitis. Debido a que se evapora rápidamente, su absorción a través de la
Propiedade s físicas: Apari enc ia: cr is tal es Densidad: 1049 kg/m3; 1,049 g/cm3 Masa molar: 60,021129372 g/mol Punto de fusión: 290 K (17 °C) Punto de ebullición: 391,2 K (118 °C) Propiedade s químicas: Acid ez: 4,76 pKa Momento dipolar: 1,74 D
Éter etílico CH3-CH2-O-CH2-CH3
Propiedade s físicas: Apari enc ia: líqui do incoloro Densidad: 0,7134 g/cm3 Punto de fusión: 116,3 °C (156,85 K) Punto de ebullición: 34,6 °C (307,75 K) Viscosidad: 0,224 cP a 25 °C (298 K) Propiedade s químicas: Acid ez: p Ka. −
Hidróxido de potasio KOH Propiedade s físicas: Apari enc ia: Bl anc o. Densidad: 2040 kg/m3; 2,04 g/cm3
Inhalación: Causa tos, dolor de garganta, sensación quemazón. Ingestión: provoca dolor abdominal, sensación de quemazón en la garganta, náuseas y vómitos.
Masa g/mol molar: 56,1056 Punto de fu sión : 633,15 K (360 °C) Punto de ebullición: 1593,15 K (1320 °C) Propiedade s q uímicas: Solubilidad en agua: 119g en 100 g de agua.
Contacto en la piel: enrojecimiento, dolor, quemaduras cutáneas graves. Contacto con ojos: enrojecimiento, dolor, visión borrosa.
Etanol C5H5OH
Inhalación: altas concentraciones del vapor pueden causar somnolencia, tos, irritación de los ojos, dolor de cabeza. Ingestión: sensación de quemadura, dolor de
Propiedade s físicas: Apari enc ia: Inc ol oro Densidad: 789 kg/m3; 0,789 g/cm3 Masa molar: 46,07 g/mol Punto de fusión: 158,9 K (-114 °C) Punto de ebullición: 351,6 K (78 °C)
cabeza, visión borrosa,e somnolencia inconsciencia, náuseas, vómito, sed intensa y diarrea.
Ácid o suc cín ico C4H6O4 Propiedade s físicas: Apari enc ia: so li do cristalino. Densidad: 1560 kg/m3 Masa molar: 118,09 g/mol Punto de fusión/ punto de congelación: 185191ºC Propiedade s químicas: Solubilidad en agua: soluble. Acid ez: p ka= 4,2 Pka=5,6
piel es mínima. Ingestión: No es especialmente venenoso, sin embargo, produce los síntomas narcóticos ya mencionados e irritación al estómago. Inhalación: puede causar irritación en las vías respiratorias. Ingestión: causa vómitos, náuseas y diarrea. Contacto con la piel: puede causar irritación y enrojecimiento. Contacto con ojos: provoca irritación ocular grave.
Fase Experimenta l:
-Factorización de la disolu ción de potasa:
Resultados y Cálcul os: A. Estandarización de la solución de hidróxido de potasio. Cuadro 1. Datos obtenidos para la preparación de la solución de KOH 0.2N. Peso del KOH Peso equivalente del KOH Volumen aforado
64.0616 g 56.1056 eq-g 250 mL
Normalidad teórica de la solución
0.2 N
Cuadro 2. Datos de la estandarización del KOH con ácido succínico. Preparación del patrón Peso de ácido 0.1502 g succínico Peso equivalente del 59.045 eq-g Ác. Succínico Volumen aforado 50 mL Normalidad del ácido 0.0509 N succínico Valoración del KOH Volumen consumido de 6.05 mL KOH Volumen de muestra 20 mL patrón Normalidad de patrón 0.0509 N Normalidad exacta de 0.1655 N KOH
B. Determinación del coeficiente de reparto del ácido acético. Cuadro 3. Valoración de la fase acuosa con KOH de cada embudo a cada concentración. Volumen Normalidad N° N° KOH de la ensayo experiencia gastado muestra (0.51 N) 2 (0.25 N) 3 (0.125N)
1 1 2 1 2
19.8 mL 8.6 mL 9.3 mL 4.85 mL 4.6 mL
0.3277 N 0.1423 N 0.1539 N 0.0803 N 0.0761 N
Cuadro 4. Valoración de la fase orgánica con KOH de cada embudo a cada concentración. Volumen Normalidad N° N° KOH de la ensayo experiencia gastado muestra 1 1 9.9 mL 0.1638 N (0.5 N) 1 4.1 mL 0.0678 N 2 (0.25 N) 2 4.5 mL 0.0745 N 1 3.0 mL 0.0496 N 3 (0.125N) 2 2.4 mL 0.0397 N Cuadro 5. Coeficiente de reparto de cada embudo y coeficiente de reparto medio. N° N° ensayo experiencia 1 1 0,4998 (0.5 N) 1 0.4764 2 0.5279 (0.25 N) 2 0.4841 1 0.6577 3 (0.125N) 2 0.5217
Para determinar la concentración del ácido acético en cada fase primeramente se valoró ambas fases utilizando KOH 0.2 N que fue estandarizado con un patrón primario de ácido succínico 0.0509 N, en el cuadro 1 se presentan los valores para preparación del KOH 0.2 N y en el cuadro 2 la estandarización del KOH donde se determinó que su concentración real era de 0.1655 N. este dato se utilizó a lo largo de las valoración de las fases acuosas y orgánicas. Para los cálculos de las normalidades a lo largo del experimento se utilizó la fórmula para de normalidad: = ′ = /
Por otro lado, para calcular el coeficiente de reparto se utilizó la ley de Henry: =
1 2
En la cual C1 es la concentración correspondiente a la fase orgánica y C2 es la concentración a la fase acuosa. Cuando una sustancia (analito) se distribuye entre dos líquidos no miscibles entre sí, la relación entre las concentraciones de soluto en las dos fases tendrá un valor constante que se denomina coeficiente de reparto, Kc. Este a su vez se puede calcular manteniendo constante la temperatura, utilizando soluciones diluidas y sobre todo teniendo presente que ninguno de los
componentes en el estudio reaccione entre si sustenta, Galiano (2011). En esta experiencia se buscó determinar el valor de la del ácido acético cuando se reparte entre el agua y el éter etílico, ya que este ácido de acuerdo con las propiedades químicas que presenta este ácido es soluble en agua, alcohol, éter, glicerina, acetona, benceno, y tetracloruro de carbono. Por lo que es de entender que habrá un porcentaje de ácido acético en cada fase (acuosa y orgánica) dentro del embudo de separación. En este caso se prepararon embudos se separación que contenían ácido acético a diferentes concentraciones como se muestra en el cuadro 4, esto con el fin de corroborar que la constante de reparte se mantiene constante sin importar la concentración del analito o volúmenes de solventes como se muestra en el cuadro 5. En este cuadro podemos observar que la se mantiene aproximadamente en un valor de 0.5 en cada concentración presente en cada embudo, teniendo como valor medio de las constantes de reparto = 0.5279 (cuadro 5). Esto lo sustenta Muñoz (2014) afirmando que: “El coeficiente de reparto es una constante de equilibrio, depende de la temperatura y de la naturaleza de los solventes y soluto involucrados, y no de la cantidad de los solventes y soluto (siempre y cuando se trabaje a concentraciones relativamente diluidas para cumplir con la Ley de Henry)”. Otro aspecto importante a tomar en cuenta es la solubilidad (es capacidad que posee una sustancia para poder disolverse en otra) que presenta el ácido acético en ambos solventes, Harris (2007) explica que cuanto mayor es el coeficiente de reparto, menor cantidad de soluto permanece en la fase I que este caso es la fase acuosa. También podemos deducir que el ácido acético es más soluble en agua que el éter, por lo que es de esperar que la concentración del ácido acético en la fase acuosa sea mayor que en la fase orgánica y esto lo comprobamos al comparar los valores de normalidad del cuadro 4 con los valores de normalidad del cuadro 5. Conclusiones:
Por medio de una extracción líquido-líquido que es una técnica de extracción con solventes empleados para separar una mezcla de líquidos aprovechando la diferencia de solubilidad de sus componentes entre dos líquidos inmiscibles o parcialmente miscibles,
se logró calcular el cociente de las concentraciones del ácido acético, es decir, el coeficiente de reparto de dicho ácido.
Por medio de una valoración ácido- base, que es una reacción de neutralización, entre el hidróxido de potasio y el ácido acético extraído de la fase orgánica y posterior de la fase acuosa, se pudo determinar la concentración presente del analito (ácido acético) en cada una de las fases. Pudimos inferir que el coeficiente de reparto al ser una constante que no depende de la cantidad de solvente o soluto en la mezcla deberá permanecer constante, esto lo corroboramos al realizar la determinación de la Kc a diferentes concentraciones de ácido acético.
Bibliografía: -González, M. (2010). Coeficiente de reparto. Recuperado el 8 de abril del 2017 de: http://quimica.laguia2000.com/conceptosbasicos/coeficiente-de-reparto -Patiño, R. (2006). Coeficiente de reparto. Recuperado el 8 de abril del 2017 de: www.iqcelaya.itc.mx/~roosph/PracticasFQ/K.pdf --Harris,
D. (2007). Análisis Químico Cuantitativo. Barcelona, España: Reverté. -Galeano, J. (2011). Coeficiente de reparto [Blog Spot]. Recuperado el 10 de abril de 2017 de http://estudiarfarmacia.blogspot.com/2011/04/coe ficiente-de-reparto.html#?max-results=5 -Muñoz, S. (2014). Coeficiente de reparto-ley de distribución de Nernst [Monografías]. Recuperado el 10 de abril de 2017 de http://www.monografias.com/trabajospdf4/informe-fisicoquimica/informefisicoquimica.pdf
