Práctica 4. Ley de Nernst

1. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LÁZARO CÁRDENAS
Laboratorio Integral II
Unidad I: Equilibrio Físico
Práctica 4. Ley de Nernst
Integrantes del equipo:
Ballesteros Torres Beth Nicole 19560384
Herrera Calderón Aldo Francisco 19560274
Izazaga González Priscila 19560455
Quinto Galeana Sebastián de Jesús 19560468
Villanueva Gama Itzel Nataly 19560498
Docente:
Karen Alicia Peñaloza Vargas
Grupo: 71X
Fecha de entrega:
02 de noviembre de 2022

2. Objetivo.
 Determinar los datos experimentales que permitan la obtención del Coeficiente de
Reparto para el Ácido Acético en agua y éter etílico
Introducción.
El procedimiento experimental que se llevará a cabo para lograr cumplir el objetivo
anteriormente planteado el cual consiste en la preparación de cuatro disoluciones con
volúmenes fijos de éter etílico y ácido acético, este último a 4 concentraciones distintas y
conocidas. Estos se colocaron en un embudo de separación que fue agitado durante 5 minutos
para luego separar las capas formadas y titular con hidróxido de potasio, a fin de calcular los
datos necesarios que permitan trazar una curva mediante la cual se pueda determinar el valor
del Coeficiente de Reparto de la solución utilizada
Siendo el coeficiente de reparto una constante de equilibrio que depende de la temperatura y
la naturaleza de los solventes y soluto involucrados y que se encuentra relacionada con la
Ley de Distribución de Nernst. Esta ley establece que cuando un soluto se encuentra ante dos
líquidos miscibles y en los cuales es soluble, este se reparte de tal manera que, alcanzado el
equilibrio, la relación de las concentraciones del soluto en los dos disolventes es una
constante a una determinada temperatura, cualquiera que se la cantidad de soluto o solvente
presente

3. Marco Teórico.
Ley de Distribución de Nernst Cuando un soluto, a temperatura constante, es añadido en dos
solventes inmiscibles que se encuentran en contacto entre sí, el soluto se distribuye entre los
dos solventes con diferentes equilibrios de concentración. Si CA y CB representan las
concentraciones del primer y segundo solvente, entonces:
𝐶𝐴
𝐶𝐵
= K
La constante K es llamada el coeficiente de distribución o partición del soluto entre los dos
solventes a la temperatura dada. El valor de K depende de la naturaleza del soluto y el par de
solventes. La ecuación anterior es la forma matemática de la Ley de Distribución de Nernst,
la cual establece que, a temperatura constante, cuando las diferentes cantidades de un soluto
se pueden distribuir entre dos solventes inmiscibles, en contacto entre ellos, entonces la
relación en equilibrio entre la concentración del soluto en las dos capas es constante. Esta ley
funciona para soluciones ideales, no obstante, si la cantidad de soluto añadida es lo
suficientemente pequeña, entonces el coeficiente de distribución es relativamente
independiente de las concentraciones.
Las precondiciones esenciales para la validez de la ley de distribución son:
a. La solución debe estar diluida
b. Los dos solventes deben ser inmiscibles. La solubilidad mutual de los dos solventes no
debe afectar al soluto.
Limitaciones de la Ley de Distribución de Nernst
La ley es válida sólo cuando el estado molecular del soluto es el mismo en ambos solventes.
Si el soluto pasa por un proceso de disociación o asociación en alguno de los solventes,
entonces esta ley no aplica. Entonces, si el soluto permaneces inalterado en uno de los
solventes y presenta una disociación parcial en el otro, el valor de las concentraciones totales
en los dos solventes no será constante. En estos casos, la ley de distribución puede ser
aplicada, con algunas modificaciones:

4. 1. Disociación del soluto en uno de los solventes: Considere un soluto X el cual se disuelve
en el solvente A sin ningún cambio y se disocia en el solvente B en las especies Y y Z.
Si CA es la concentración del soluto en el solvente A y CB es la concentración en el
solvente B. Si α es el grado de disociación del soluto X en el solvente B, entonces las
concentraciones de equilibrio de las especies en el solvente B vienen dadas por:
X  Y + Z
CB(1-α) ΑcB + ΑcB
En este caso, el valor de la concentración de las especies no disociadas en los dos solventes
será una constante
𝐶𝐴
𝐶𝐵 (1− ∝)
= constante
De forma similar, si el soluto se disocia en ambos solventes, entonces la ley de distribución
es:
𝐶𝐴 (1−∝𝑍 )
𝐶𝐵(1−∝𝐵)
= constante
Donde αA y αB son los grados de disociación del soluto en los solventes A y B
respectivamente
2. Asociación del soluto en uno de los solventes: Suponiendo que no exista un cambio en
el estado molecular del soluto X en el solvente A, pero se somete a asociación en el
solvente B, resultando las especies asociadas (X)n. Si CA es la concentración del soluto
en el solvente A y CB es la concentración en el solvente B. El equilibrio entre las
moléculas de soluto simples y asociadas en el solvente B está dada como:

5. Nx  (X) n
CB (1- α) CB(
𝑎
𝑛
)
Donde α es el grado de asociación y n es el número de moléculas de soluto que se combinan
para formar una molécula asociada (X)n. Aplicando la ley de la acción de masa en el
equilibrio anterior se tiene que:
K=
𝐶𝐵(
∝
𝑛
)
[𝐶𝐵(1−𝑛)]𝑛
O
𝐶𝐵(1 − 𝑛)]𝑛
= (
∝𝐶𝐵
𝑛𝐾
)
𝐶𝐵(1 − 𝑛)] = (
∝𝐶𝐵
𝑛𝐾
)
1
𝑛
Entonces la constante de distribución está dada por:
K =
𝐶𝐴
𝐶𝐵(1−𝑛)
K =
𝐶𝐴
(
∝𝐶𝐵
𝑛𝐾
)
1
𝑛
K =
𝐶𝐴
𝐶𝐵
1
𝑛
(
𝑛𝐾
∝
)
1
𝑛
Como K y α son constantes y dependen sólo de la temperatura, entonces a temperaturas
constante, la cantidad Nk/ α es una constante, y la ecuación anterior se convierte en:
K = constante
𝐶𝐴
𝐶𝐵
1/𝑛

6. O
Log CA = log K’ +
1
𝑛
log CB
De esta última ecuación queda claro que la gráfica de log CA versus log CB dará como
resultado una línea recta con pendiente de 1/n y la intercepción igual a log K, por lo que el
valor de n y K puede ser calculado
Material y Reactivos.
Material Reactivos
1 tubo de ensayo Ácido acético
1 Erlenmeyer Éter etílico
1 soporte universal Hidroxilo de potasio
1 embudo de decantación
1Bureta
Procedimiento.
1. Medir 20 ml de solución de ácido acético a la concentración indicada a continuación
2. Trasvasar a un embudo de decantación y adicionar 20 m. de éter dietílico.
3. Agitar vigorosamente durante 5 minutos, despresurizando.
4. Dejar en reposo durante 10 minutos, retirando la tapa del embudo de decantación.
5. Separar la fase acuosa (inferior) de la orgánica (superior).
6. Tomar 10 ml de cada fase y trasvasar cada una a un Erlenmeyer por separado.
7. Adicionar 3 gotas de fenolftaleína y titular con KOH 0.2 M. Anotar el volumen
consumido.

7. Resultados.
Fig. 1 Imagen de los materiales usados. Fig. 2 Preparación de las soluciones.
Fig. 5. Separación de fases (acuosa y orgánica).
Fig. 4. Agitado despresurizado.

8. Concentración (M) Fase acuosa (ml) Fase orgánica (ml)
0.75 13.2 6.5
0.50 8.75 4.4
0.25 4.4 1.6
0.10 1.05 0.9
Concentración 0.75 0.50 0.25 01.
Cálculos de K
𝐾1 =
13.2
6.5
= 2.0307
𝐾1 =
8.75
4.4
= 1.9886
𝐾3 =
4.4
1.6
= 2.75
𝐾1 =
1.05
0.9
= 1.166
K promedio 1.9838
Fig. 6. Resultados de la titulación para cada solución
Tabla 1. Datos obtenidos de concentración en ambas fases
Tabla 2. Cálculo de K (coeficiente de reparto)

9. Conclusiones.
Se trabajó la técnica de extracción simple que consiste en separar un soluto de una solución,
con un solvente extractor. El solvente extractor debe reunir las siguientes condiciones:
1.- Inmiscible en el solvente original
2.- Volátil
3.- Que no reacciones en el medio
Se logró comprobar la miscibilidad del ácido acético con el éter etílico por su capacidad de
formar puentes de hidrogeno.
Se determino que hay un mayor volumen en la fase acuosa en comparación con la fase
orgánica, y esto se debe a que el ácido acético se distribuye más en la fase acuosa ya que los
dos componentes forman puentes de hidrogeno. Al calcular el coeficiente de reparto K da un
valor de 1.9835.
Por otro lado, al comparar el coeficiente de reparto experimental del ácido acético en
hidróxido de potasio y éter etílico con el coeficiente de reparto teórico del ácido acético,
K=1.5066, puede notarse una diferencia entre estos, es posible que se derive a que la
temperatura del laboratorio haya afectado en el proceso, que el tiempo de agitación no haya
sido exacto, además, la separación entre la fase acuosa y la orgánica pudo no ser precisa, sin
embargo, K solo difiere por algunos decimales.
Bibliografía.
 CASTELLAN, Gilbert W. Físico-Química. 2a Ed., Editorial Addison Wesley
 Longman. pp. 340-343
 MARON, Samuel H. y PRUTTON, Carl F. Fundamentos de Fisicoquímica. Editorial
Limusa. pp 296-299
 Levine. (2007). Fisicoquímica, 5ta edición, volumen 1. México: Pearson
 Smith, J., Van Ness, H. C., & Abbott, M. M. (2007). INTRODUCCION A LA
TERMODINAMICA EN INGENIERIA QUIMICA (1a. ed.). GUADALAJARA:
MCGRAW-HILL INTERAMERICANA.