Objetivando a determinação da razão de distribuição (D) e do coeficiente de distribuição
do iodo
em diferentes solventes, uma farmacêutica transferiu para um funil de separação
de uma solução de
. Em seguida, foi adicionado
de solvente (etoxietano, etoxipropano e 1-metóxi-1-metil-propano) ao funil de separação, que foi deixado em repouso para separação das fases. Após a separação, retirou-se a fase aquosa e titulou a mesma com tiossulfato de sódio
para a determinação da concentração de iodo na fase aquosa. Os seguintes volumes foram encontrados nas titulações: etoxietano
, etoxipropano
e 1-metoxi-1-metil-propano
. A partir dos valores encontrados nas titulações, responda: a) a razão de distribuição
para cada um dos solventes; b) o coeficiente de distribuição
para cada um dos solventes; c) Verifique qual o melhor solvente para extrair iodo de uma solução aquosa.
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente tem um exercício de química envolvendo a determinação da razão de distribuição
e do coeficiente de distribuição
do iodo (
) em diferentes solventes. Basicamente, a farmacêutica usou três solventes distintos para ver qual deles é melhor pra extrair o iodo de uma solução aquosa. Para resolver isso, vamos precisar entender um pouco sobre como o iodo se distribui entre duas fases (a fase aquosa e a fase orgânica) e como calcular essas taxas usando os dados fornecidos.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é a razão de distribuição
e o coeficiente de distribuição
.
-
Razão de Distribuição (
): É a relação entre a concentração do soluto na fase orgânica ( ) e a concentração na fase aquosa. -
Coeficiente de Distribuição (
): É similar ao , mas leva em consideração os volumes das duas fases.
Para calcular essas taxas, vamos precisar dos volumes das fases e dos volumes de tiossulfato de sódio usados nas titulações.
Passo 3
Vamos começar calculando a quantidade de iodo na fase aquosa usando a titulação com tiossulfato de sódio (
).
A reação de titulação é:
Isso significa que 1 mol de
reage com 2 mols de
.
Usando essa relação, podemos calcular os moles de
na fase aquosa para cada solvente.
Passo 4
Vamos calcular os moles de
usados em cada titulação:
Convertendo os volumes de mL para L:
- Etoxietano:
- Etoxipropano:
- 1-Metoxi-1-metil-propano:
Calculando os moles:
-
Etoxietano:
-
Etoxipropano:
-
1-Metoxi-1-metil-propano:
Passo 5
Agora, vamos encontrar os moles de
na fase aquosa usando a estequiometria da reação:
Portanto:
Calculando para cada solvente:
-
Etoxietano:
-
Etoxipropano:
-
1-Metoxi-1-metil-propano:
Passo 6
Sabendo que iniciamos com 5,00 mL de solução de
e adicionamos 5,00 mL de cada solvente, o volume total da fase aquosa é de 5,00 mL.
Vamos calcular a concentração de
na fase aquosa:
Convertendo o volume para litros:
Calculando a concentração para cada solvente:
-
Etoxietano:
-
Etoxipropano:
-
1-Metoxi-1-metil-propano:
Passo 7
Agora, sabemos que a quantidade total de
adicionada foi 5,00 mL de solução. Vamos assumir que a concentração inicial de
era tal que toda a quantidade presente está distribuída entre as duas fases.
Então, os moles totais de
adicionados foram distribuídos entre a fase aquosa e a fase orgânica. Como começamos com apenas a solução em
e adicionamos o solvente, a quantidade na fase orgânica seria:
Mas como não temos a concentração inicial, vamos considerar que a distribuição ocorre conforme os dados fornecidos e os cálculos anteriores.
Passo 8
Agora, para calcular a razão de distribuição
, usamos a relação:
Como o volume do solvente é igual ao da fase aquosa (5,00 mL), podemos simplificar:
Mas como os volumes são iguais,
, então:
Sabendo que a quantidade total de
é constante, podemos dizer que:
Mas sem a concentração inicial, vamos simplificar e considerar que os dados fornecidos nos permitem calcular
diretamente usando a relação entre os volumes e as concentrações.
Passo 9
Na verdade, uma abordagem mais direta para calcular
é usando a relação:
Como
, a relação fica:
E considerando a conservação da massa:
Porém, sem a concentração inicial, vamos usar uma simplificação comum onde:
Dado que os volumes são iguais, temos:
E sabemos que:
Assumindo que os moles totais de
são apenas os presentes na fase aquosa mais os que estão na orgânica, mas isso complicaria. Para simplificar, usaremos a definição direta de
:
Mas estamos sem dados diretos de
. Então, uma melhor forma é usar:
E considerando que a quantidade em orgânico é proporcional à concentração na aquosa via volumes.
Mas para não complicar, vamos considerar que a razão de distribuição
é igual à razão entre os volumes multiplicada pela concentração encontradas.
Passo 10
Na verdade, a definição correta para o coeficiente de distribuição
é:
E a razão de distribuição
muitas vezes é usada como sinônimo de
. Entretanto, dependendo da literatura,
pode ser definido como a fração da quantidade que vai para a fase orgânica.
Para evitar confusões, vamos focar no cálculo de
como:
E pela conservação de massa:
Assumindo que toda a quantidade foi distribuída entre as duas fases, e como adicionamos volumes iguais, podemos calcular
diretamente como:
Como os volumes são iguais, simplifica para:
E queremos determinar
para cada solvente.
Passo 11
Para cada solvente, sabemos o volume adicionado na fase orgânica (5,00 mL) e a concentração na fase aquosa calculada anteriormente.
Mas sem a concentração inicial, uma abordagem alternativa é definir a quantidade inicial de
e distribuir entre as fases.
Assumamos que inicialmente tínhamos
moles de
.
Após distribuição:
Já sabemos
para cada solvente, então podemos resolver para
.
Em seguida, calculamos
.
Passo 12
Vamos definir
.
Para cada solvente:
-
Etoxietano:
-
Etoxipropano:
-
1-Metoxi-1-metil-propano:
Sabendo que:
Como
, temos:
Mas sem
, vamos definir que
Mas precisamos de uma maneira de relacionar isso. Uma simplificação comum é assumir que a quantidade total de
na fase inicial é a soma das quantidades nas fases.
Portanto, para cada solvente:
Então,
Como não sabemos
, uma alternativa é assumir que
é constante e que
pode ser calculado usando a concentração relativa nas fases.
Mas para simplificar, vamos considerar que:
Então,
E,
Portanto, podemos considerar
.
Passo 13
Assumindo
, vamos calcular
diretamente usando os valores de
:
Como a quantidade total de
é constante, podemos definir
como:
Como
, temos:
Mas sem
, outra abordagem é considerar que
pode ser calculado pela relação entre volumes e concentrações, mas isso está além do escopo. Uma simplificação é calcular
diretamente como inverso da concentração na fase aquosa, assumindo que a quantidade na orgânica é proporcional.
Por isso, vamos considerar
, o que nos dá uma medida relativa da distribuição.
Passo 14
Calculando
para cada solvente:
-
Etoxietano:
-
Etoxipropano:
-
1-Metoxi-1-metil-propano:
Passo 15
Agora, com os valores de
calculados para cada solvente, podemos comparar qual deles tem maior capacidade de distribuição do iodo entre as fases. Quanto maior o
, maior a preferência do iodo pela fase orgânica.
Resposta
a) Razão de distribuição
para cada solvente:
- Etoxietano:
- Etoxipropano:
- 1-Metoxi-1-metil-propano:
b) Coeficiente de distribuição
para cada solvente:
- Etoxietano:
- Etoxipropano:
- 1-Metoxi-1-metil-propano:
c) O melhor solvente para extrair iodo de uma solução aquosa é o etoxietano, já que apresenta o maior coeficiente de distribuição
, indicando maior eficiência na extração do iodo para a fase orgânica.