Prawo podziału Nernsta


Prawo podziału Nernsta w encyklopedii

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Prawo podziału Nernsta albo krótko prawo podziału określa sposób, w jaki dowolna substancja chemiczna (substancja rozpuszczona) ulega podziałowi pomiędzy dwa niemieszające się rozpuszczalniki tak, że w stanie równowagi stosunek stężeń substancji rozpuszczonej w tych dwóch rozpuszczalnikach jest stały w danej temperaturze i nie zależy od ogólnego stężenia substancji[1].

Prawo podziału Nernsta wyraża się wzorem:

K X ( 12 ) = X 1 X 2 , {\displaystyle K_{\mathrm {X} (12)}={\frac {[\mathrm {X} ]_{1}}{[\mathrm {X} ]_{2}}},}

gdzie: K X ( 12 ) {\displaystyle K_{\mathrm {X} (12)}} stała podziału substancji X {\displaystyle \mathrm {X} } pomiędzy fazy „1” i „2” (zwana też współczynnikiem podziału),

X 1 {\displaystyle [\mathrm {X} ]_{1}} – stężenie substancji X w fazie „1”, X 2 {\displaystyle [\mathrm {X} ]_{2}} – stężenie substancji rozpuszczonej w fazie „2”.

Układy, w których może zaistnieć równowaga podziałowa (rodzaj równowagi dynamicznej), to np. gazy lub pary rozdzielone membraną półprzepuszczalną, gaz i ciecz oraz dwie ciecze niemieszające się lub oddzielone membraną.

Równanie określa równowagowe stężenia w obu fazach, natomiast ilości substancji w obu fazach zależą od objętości (stosunku objętości) obu faz.

W powyższym wzorze stężenie składnika X {\displaystyle [\mathrm {X} ]} obecnego w fazie gazowej można zastąpić ciśnieniem p {\displaystyle p} według wzoru wynikającego z równania Clapeyrona (równania stanu gazu idealnego):

c = n v = p R T {\displaystyle c={\frac {n}{v}}={\frac {p}{RT}}\;{}} oraz p = n v R T = c R T . {\displaystyle {}\;p={\frac {n}{v}}RT=cRT.}

W praktycznych zastosowaniach przyjęło się, że dla podziału substancji w układzie gaz/ciecz oraz ciecz/ciecz w liczniku równania umieszcza się stężenie (lub ciśnienie) składnika w górnej fazie (gaz lub ciecz o niższej gęstości).

Jeżeli układ składa się z cieczy organicznej i wody, wówczas najczęściej faza organiczna ( o ) {\displaystyle (\mathrm {o} )} jest fazą górną, a faza wodna ( w ) {\displaystyle (\mathrm {w} )} jest fazą dolną i prawo podziału można zapisać jako:

– w układzie ciecz organiczna/woda: K X ( o w ) = X o X w . {\displaystyle K_{\mathrm {X(ow)} }={\frac {[\mathrm {X} ]_{\mathrm {o} }}{[\mathrm {X} ]_{\mathrm {w} }}}.}

W przypadku równowagi podziału X {\displaystyle \mathrm {X} } pomiędzy fazę gazową g {\displaystyle \mathrm {g} } oraz fazę ciekłą l , {\displaystyle \mathrm {l} ,} można w najprostszy sposób opisać ją równaniem:

– w układzie gaz/ciecz: K X ( g l ) = p X X l . {\displaystyle K_{\mathrm {X(gl)} }={\frac {p_{\mathrm {X} }}{[\mathrm {X} ]_{\mathrm {l} }}}.}

Ostatnie wyrażenie jest matematycznie identyczne z prawem Henry’ego.

Współczynniki podziału (stałe podziału) substancji pomiędzy dwie niemieszające się ciecze można często oszacować, wykorzystując dane nt. rozpuszczalności tej substancji w obu cieczach.

Prawo podziału Nernsta dotyczy identycznych form substancji X {\displaystyle \mathrm {X} } w obu fazach. Jeżeli cząsteczki podlegające podziałowi ulegają takim procesom jak asocjacja (zależy nieliniowo od stężenia) czy dysocjacja (zależy od pH, zależy nieliniowo od stężenia), prawo podziału będzie nadal słuszne dla identycznych form tej substancji w obu fazach, ale nie dla całkowitego jej stężenia.

Przykładem układu, w którym prawo Nernsta nie będzie w prosty sposób zachowane, może być np. podział kwasu benzoesowego czy salicylowego (aromatyczne kwasy karboksylowe) pomiędzy rozpuszczalniki o różnej polarności, fazę wodną i fazę organiczną. W wodzie – rozpuszczalniku polarnym – kwasy ulegają dysocjacji, w roztworze obecne są obojętne cząsteczki i aniony. W słabo polarnym rozpuszczalniku organicznym (np. benzen lub toluen), w którym nie zachodzi dysocjacja elektrolityczna, budowa cząsteczek kwasów karboksylowych powoduje, że mają one tendencję do dimeryzacji na skutek tworzenia wiązania wodorowego. Jeżeli da się obliczyć skład roztworu wodnego (trzeba znać stałą dysocjacji) oraz skład roztworu organicznego (konieczne jest określenie stałej równowagi procesu asocjacji), wówczas można wykorzystać prawo podziału Nernsta działające dla obojętnych cząsteczek, aby opisać równowagę podziałową w takim układzie.

Zobacz też | edytuj kod

Przypisy | edytuj kod

  1. MinczewskiM. Jerzy MinczewskiM., MarczenkoM. Zygmunt MarczenkoM., Chemia analityczna 2. Chemiczne metody analizy ilościowej., Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1998, ISBN 83-01-12312-5 .
Na podstawie artykułu: "Prawo podziału Nernsta" pochodzącego z Wikipedii
OryginałEdytujHistoria i autorzy