LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE DISTRIBUCIÓN DE UNA SUSTANCIA ENTRE DOS SOLVENTES INMISCIBLES I. Objetivos •
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Determinar el coeficiente de distribución de un soluto entre dos solventes, uno orgánico y agua. Observar la influencia de la concentración del soluto en el coeficiente de distribución. Esta práctica tiene como objeto determinar la constante de reparto de un solut o (ácido acético) entre dos disolventes disolventes inmiscibles entre sí (agua y éter etílico). etílico). Comprender Comprender el reparto de ácido acético (HAc) entre cloroformo y agua. Determinar el valor de la constante de reparto Kr a la temperatura t emperatura de trabajo. Comp Compre rend nder er los los prin princi cipi pios os por por los los que que se rige rige una una valo valora raci ción ón en fase fase heterogénea y realizarla correctamente. correctamente.
II. Fundamento Teórico Cuando una sustancia se distribuye entre dos líquidos miscibles entre sí o ligeramente miscibles, la relación de las concentraciones de dicha sustancia en las dos fases será constante, independientemente independientemente de la cantidad de soluto que se disuelva o del volumen de líquido empleado. Esta distribución está sujeta a las siguientes condiciones: condiciones: a) 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 distintos disolventes será distinto. b) No debe producirse ninguna reacción química entre ninguno de los componentes del sistema, ya que si se forma un nuevo producto, esto falsearía los datos referidos a las concentraciones del soluto inicial. c) Las Las diso disolu luci cion ones es debe deben n ser ser dilu diluid idas as.. A alta altass conc concen entr trac acio ione ness apar aparec ecen en interacciones entre soluto y disolventes que interfieren en la proporción en la que el soluto se distribuye en las distintas fases. Bajo estas condicio condicionant nantes es podemos podemos formular formular la siguiente siguiente ley de distribu distribución ción que podemos considerar un caso particular de la Ley de Henry:
K=C1/C2 C1 = Concentración del soluto en la fase I C2 = Concentración del soluto en la fase II K = Constante adimensional denominada Coeficiente de Reparto (También se le puede denominar cte. de Distribución o de Partición). A efectos prácticos, esta ley permitiría predecir la concentración final de soluto en las distintas fases, siempre y cuando conozcamos el valor del Coeficiente de Reparto para un sistema determinado y estemos trabajando bajo las condicionantes en las cuales se cumple esta ley de distribución. Es importante mencionar que la realidad es que cuando se realizan sucesivamente una serie de determinaciones con concentraciones diferentes, pocas veces se encuentra que la relación C1/C2 permanece constante. Uno Uno de los los ensa ensayo yoss clás clásic icos os,, dond donde e se cump cumple le la ley ley ante anteri rior or en un marg margen en relativamente grande, es el reparto de ácido acético entre agua y éter esto seria como una recomendación para poder efectuar un caso similar para la determinación de la constante de equilibrio. equilibrio.
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III. Materiales y Reactivos:
3 matraces erlenmeyer. 1 peras de decantación. 1 buretas graduadas de 50 mL 1 pipetas volumétricas de 5 mL 1 probeta graduada de 25 mL 1 bombilla de jebe. 1 pipeta de 500 mL soluciones CH3COOH (1N, 0.5N, 0.25N), NaOH (0.25N), HCl (0.02N); CCl 4 (reactivo químico orgánico).
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IV. Datos Experimentales: [ ] CH3COOH (N) 0.255 1 0.5 0.5 0.25
1 2 3 4 5
[NaOH]
VNaOH inicio (ml)
0.249
25.5
0.249 0.2515 0.258
52.7 53.2 50.0
V NaOH NaOH fase acuosa (ml) 10.7 5
Cálculo de [ ] CH 3COOH: las normalidades calculadas calculadas en la columna 2 no son exactas, por lo que se vuelven a calcular a través de la titulación con NaOH, el volumen de NaOH es el de la 4 columna y el volumen de CH 3COOH es de 25 ml. En la titulación:
# Eq-g (CH3COOH) = # Eq-g (NaOH)
Realizando los cálculos encontramos:
1 2 3 4 5
[ ] CH3COOH (N) 0.25398 1 0.52489 0.53519 0.516
[NaOH]
VNaOH inicio (ml)
0.249
25.5
0.249 0.2515 0.258
52.7 53.2 50.0
V NaOH fase acuosa (ml) 10.7 5
En la fase acuosa [ ] CH 3COOH: se saca 5 ml. De CH 3COOH y se titula con NaOH (volumen en fase acuosa). Encontramos un nuevo cuadro en donde se aumenta la columna 6.
1 2 3 4 5
[ ] CH3COOH (N) 0.25398 1 0.52489 0.53519 0.516
[NaOH] 0.249
VNaOH inicio (ml) 25.5
0.249 0.2515 0.2580
52.7 53.2 50.0
VNaOH fase [ ] CH3COOH acuosa (ml) (fase acuosa) 10.7
0.53286
5
0.2580
LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I Diagrama de flujo: Inicio
Preparar 3 soluciones de ácido acético 1N ,
tomar 25 mL de cada solución
Añadir 25 mL de CCl 4
agitar 30 minutos
dejar reposar 15 minutos
tomar 5 mL de fase orgánica
agregar NaOH 0.25N y fenolftaleina
valorar con HCl 0.02N
Fin
NOTA: hay hay que que tener tener en cuneta cuneta que para para calcul calcular ar la const constant ante e de distr distribu ibució ción n necesitamos calcular la [ ] de CH 3COOH en la fase orgánica, experiencia que no se realizo, debido a la falta de tiempo. V.-CONCLUSIONES * El coeficiente coeficiente de distribución esta en función función a la actividad actividad de lo solutos solutos en cada uno de los solventes * En el sistema analizado agua _ formol , no estamos hablando de una sola fase liquida , por tanto no satisfacen el criterio de estabilidad * La desviación desviación del comportamiento comportamiento de la solución agua_ formol respecto a la idealidad es muy muy grande y constituye el resultado resultado de una situación situación en que la fuerzas de atracción entre entre las moléculas son muy poderosas respecto a las moléculas diferentes . En el limite de un sistema inmiscible se puede suponer que las componentes componentes son completamente completamente incompatibles. incompatibles.
LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I *Podemos también concluir que no existe dos sustancias del todo inmiscibles , sin embargó ,esta condición condición esta tan próxima en muchos muchos casos casos , que la suposición de completa inmiscibilidad inmiscibilida d nos conduce a un error error apreciable * Concluimos Concluimos que el hecho hecho esencial de un un sistema sistema inmiscible inmiscible es que que cada cada fase ejerza su propia propia presión de vapor sin considerar considerar la cantidad del otro liquido presente *Se sabe también que la condición de equilibrio de la sustancia , mezclada en ambas sustancias es la igualdad de potenciales potenciales químicos químicos y que la constante de distribución distribución es una función de la temperatura , don de la constante de estabilidad estabilidad es una relación molar de las concentraciones el la tercera sustancia en ambas ambas compo componen nentes tes , por por tanto tanto conclu concluimo imoss que en soluci solucione oness extremadamente extremadamente diluidas la constante de distribución conserva su valor.
VI.- DISCUSION DE RESULTADOS: Se sabe que la cantidad cantidad disuelta de ácido acético en medio acuoso es mayor que la del medio orgánico. Esto se debe a que la fuerzas intermoleculares del ácido acético con la del agua la cual tiene una mayor polaridad tiene mayor fuerza de enlace química, (el enlace que podría estos formado es el puente hidrogeno) en comparación de la fase orgánica.
VII.- RECOMENDACION: RECOMENDACION: Introducir cantidades perfectamente medidas de los tres componentes (ácido acético, éter y agua) en un embudo de decantación y después de agitar y esperar el tiempo
LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I necesario para que se produzca el equilibrio, se separan cada una de las fases y se determina la cantidad de soluto existente en ellas. Estos datos se aplican a la fórmula de la ley de distribución obteniéndose el valor del coeficiente de reparto. Esta medida se realiza varias veces con el fin de calcular un valor medio.
Como realizar la parte experimental: 1) Preparar 250 mL de disolución disolución acuosa de ácido acético 0.5 N. 2) Numerar los embudos de decantación e introducir 25 mL de ácido acético 0.5 N en el primer embudo, 12.5 mL en el segundo y 6.3 mL en el tercero. Añadir 12.5 mL de agua destilada en el segundo embudo de decantación y 18.7 mL en el tercero. De esta forma se tendrán disoluciones de concentraciones aproximadas 0.5 N en el primer embudo, 0.25 N en el segundo y 0.125 N en el tercero. El ácido acético no es un patrón primario por lo que estas concentraciones concentraciones deben ser comprobadas. 3) Añadir 25 mL de éter etílico en cada uno de los embudos de decantación. 4) Colocar los embudos en un soporte y agitar suavemente para poner en contacto las dos fases. Esta operación debe realizarse con precaución debido a que el éter etílico posee posee un bajo bajo punto punto de ebull ebullici ición. ón. La sobrep sobrepres resión ión debe debe elimi elimina narse rse abrie abriendo ndo cuidadosamente el embudo de decantación. 5) Los embudos de decantación deben mantenerse en reposo, al menos durante 20 minutos, a fin de que se alcance el equilibrio en el reparto del ácido acético en las dos fases. Durante este tiempo se deberá determinar las concentraciones reales de las disoluciones de ácido acético. 6) Preparar una disolución de potasa (hidróxido potásico) en alcohol etílico al 96% de Aproximadamente Aproximadamente 0.2 N. 7) Factorizar la disolución de potasa usando el siguiente procedimiento: procedimiento: Pesar en un erlenmeyer aproximadamente 150 mg de ácido succínico previamente desecado en la estufa durante dos horas a 120º C (tomar el dato de la masa exacta empleada). Disolver este sólido en agua destilada y añadir un par de gotas de fenolf fenolftal taleín eína. a. Llena Llenarr una bureta bureta con la potas potasa a etanó etanólilica ca y deter determin minar ar el volum volumen en necesario para neutralizar el ácido succínico. Esta operación debe realizarse por duplicado. 8) Tomar 10 mL de ácido acético preparado 0.5 N, añadir unas gotas de fenolftaleína y factorizarlo con la potasa etanólica. Calcular Calcular y anotar las normalidades reales de ácido acético introducidas en cada embudo. 9) Una vez alcanzado el equilibrio en los distintos embudos de decantación, separar las las fase fasess orgá orgáni nica cass de las las acuo acuosa sass reco recogi gién éndo dola lass en disti distint ntos os erle erlenm nmey eyer erss desechando la porción de interfase (el éter etílico posee menor densidad que el agua). Mantener la fase orgánica en el embudo de decantación. 10) Determinar mediante factorización con potasa, la concentración de ácido acético presente en cada una de las fases para cada embudo y anotar los resultados en una tabla. La factorización de cada muestra debe hacerse por duplicado. Para cada fase acuosa, pipetear 10 mL y añadir unas gotas de fenolftaleina en un erlenmeyer. 11) 11) Toma Tomarr la fase fase etér etérea ea de cada cada embu embudo do de deca decant ntac ació ión n y dete determ rmin inar ar la concentración de ácido acético en cada una de ellas usando el mismo procedimiento que el empleado con las fases acuosas.
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CORRECTA TITULACION TITULACION PARA SEPARAR LA FASE FASE ORGANICA DE LA SOLUCION PARA ASI NO MEZCLARLO CON LA PARTE ACUOSA
VIII.-APENDICE: La distribución de un soluto entre fases es un fenómeno de gran importancia en muchas áreas de la química de la biología. Tiene además numerosas aplicaciones prácticas tanto en la industria como en el laboratorio. A citaremos algunos ejemplos. ejemplos. Cuan Cuando do se real realiz iza a la sínt síntes esis is de un comp compue uest sto, o, gene genera ralm lmen ente te se lo obti obtien ene e acompañado de impurezas y/o compuestos secundarios no deseados. Si existiera por ejempl ejemplo, o, un solve solvente nte orgánic orgánico o en el cual cual la solubil solubilida idad d de estos estos compu compuest estos os secundarios fuera marcadamente inferior a la del compuesto de interés, y a su vez inmiscible con el solvente en el que se encuentran, es posible mediante sucesivas extracciones con este solvente orgánico, aislar el compuesto deseado. Conociendo la constante de reparto del compuesto entre ambos solventes, se calcula el mínimo número de extracciones necesarias para remover el compuesto sintetizado en la proporción deseada. Para aislar productos naturales de naturaleza orgánica ( grasas o aceites) existentes en tejidos de animales o plantas con elevado contenido de agua, se realiza una extracción en forma continua con disolventes orgánicos en los que son solubles dichos productos. Este tipo de extracción se realiza generalmente con un equipo Soxhlet como el de la Figura muestra un material que ilustrara el laboratorio efectuado, que en muchas ocasiones es utilizado en las fábricas acontinuación describiremos cada uno de sus partes: La muestra se coloca en un dedal de papel poroso (A), y los vapores del disolvente en ebullición en grueso (E), condensando en el refrigerante (D) volcando el disolvente líquido casi a su temperatura de ebullición sobre la muestra. El disolvente llena gradualmente la sección (B) hasta que el líquido llega al nivel superior del tubo sifón (F), momento en el cual el disolvente con el compuesto extraído vuelve al matraz donde se concentrará el extracto.Una de las aplicaciones es cuando se quiere estudiar la absorción de los principios activos de los medicamentos en el organismo, muchas veces se recurre a estudios que involucran el valor de la constante de reparto. Consideraremos la absorción a nivel de las membranas mucosas gástricas. Para que sea posible la absorción del principio activo primero debe disolverse en los jugos gástricos por lo que debe presentar cierta solubilidad en fluídos acuosos. A su vez, dado el carácter lipofílico de las membranas mucosas, para que el principio activo pueda atravesarlas es necesario que tenga afinidad también por fases lipídicas. En definitiva debe cumplir: ser soluble en solventes acuosos y en solventes orgánicos de
LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I lipofilia similar a la de las membranas mucosas. El octanol es el solvente de elección en la mayoría de los casos. De esta manera, estudiando el reparto del principio activo entre agua y octanol es posible predecir su absorción en el organismo. .
IX. BIBLIOGRAFÍA:
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