Grundpraktikum - Praktikum Physikalische Chemie - page 9

Molenbruch der dritten Komponente in einer der beiden Phasen variiert werden.
Die anderen Molenbrüche in beiden Phasen sind dann nicht mehr wählbar, sondern
als zugehörige Werte festgelegt.
Das im Experiment zu untersuchende Dreikomponentensystem soll aus zwei
praktisch nicht mischbaren Flüssigkeiten 1 und 2 und einer dritten Komponente i,
die sich in ihnen löst, bestehen. Es kommt hierbei nicht darauf an, ob die gelöste
Komponente gasförmig, flüssig oder fest ist. Sie darf jedoch die gegenseitige Lös-
lichkeit (also die Nichtmischbarkeit) der beiden Flüssigkeiten nicht beeinflussen.
Bei konstanter Temperatur und konstantem Druck ist dann im Gleichgewicht zwi-
schen den zwei nichtmischbaren Phasen das Verhältnis der Aktivitäten des gelösten
Stoffes konstant.

K D a i .2/= a i .1/ D konstant . T ; p D konstant /: (1.22)

Dies ist der Nernst'sche Verteilungssatz. Er besagt, dass das Verhältnis der Aktivi-
täten des Stoffes i in den zwei Phasen 1 und 2, zwischen denen dieser Stoff verteilt
wird, konstant ist. Dabei ist es unerheblich, ob sich der zu verteilende Stoff zu-
nächst in der Phase 1 oder in der Phase 2 befindet, d. h., von welcher Seite her sich
das Gleichgewicht einstellt.
Die Konstante K ist eine (thermodynamisch exakte) Gleichgewichtskonstante,
die hier im Falle der Verteilung Verteilungskonstante genannt wird.
In verdünnten Lösungen, in denen a i c i ist, gilt auch:

K d D c i .2/= c i .1/ D konstant . T ; p D konstant /: (1.23)

Die Konstante K d ,diewir Verteilungsverhältnis nennen wollen (in der Litera-
tur auch als Nernst'scher Verteilungskoeffizient bezeichnet), ist für das betreffende
System in erster Linie eine Funktion der Temperatur und unabhängig von der
Konzentration (solange a i

c i ). Die Druckabhängigkeit ist gering und wird in

der Regel vernachlässigt.
Das Verteilungsverhältnis ist nur dann eine Konstante, wenn der Zustand des
verteilten Stoffes in beiden Phasen für alle Konzentrationen gleich ist. Dissoziiert
oder assoziiert der verteilte Stoff in einer der beiden Phasen, z. B. in Abhängig-
keit von der Konzentration oder vom pH-Wert, ist dies zu berücksichtigen. Die
Dissoziations- bzw. Assoziationsgleichgewichte sind dann in ( 1.23 ) einzubeziehen.
Die konkreten Werte der Verteilungsverhältnisse lassen sich in der Regel nicht
berechnen, sondern müssen experimentell bestimmt werden. Dazu verteilt man ei-
ne bestimmte Ausgangsmenge m 0 des Stoffes i bei gegebenen Volumina V 1 und
V 2 der beiden Phasen und misst die Menge m 1 oder die Menge m 2 , die sich nach
Einstellung des Gleichgewichtes in der betreffenden Phase befindet. Es gelten:

c 1 .2/
c i .1/

m 2 V 1
V 2 m 1

m 2 V 1
V 2 . m 0 m 2 /

. m 0 m 1 / V 1
V 2 m 1

K d D D D bzw : : (1.24)

Verteilungsgleichgewichte sind von erheblicher Bedeutung bei Extraktionsprozes-
sen, Adsorptionsvorgängen, Ionenaustauschverfahren und chromatografischen Me-
thoden sowohl im Labor als auch in der Industrie.