Legge di distribuzione di Nernst: limiti e deviazioni

Secondo la legge di distribuzione di Nernst enunciata dal chimico tedesco Walther Hermann Nernst nel 1891 un soluto si distribuisce tra due solventi immiscibili fra loro a temperatura costante, quando non ci siano interazioni soluto-solvente, in modo che il rapporto fra le sue concentrazioni sia costante.

Se due solventi immiscibili A e B vengono posti in un becher essi si stratificano tra loro e se viene aggiunto un soluto X solubile in entrambi i solventi si distribuirà tra loro passando dal solvente A al solvente B e viceversa fin quando non si stabilisce l’equilibrio.

Secondo la legge di distribuzione di Nernst:
Concentrazione di X in A/Concentrazione di X in B = costante
Detta C₁ la concentrazione di X in A e detta C₂ la concentrazione di X in B si ha:
C₁/C₂ = K
Essendo K il coefficiente di distribuzione o coefficiente di ripartizione.

Solubilità e legge di distribuzione

Quando un soluto viene posto in due solventi non miscibili tra loro all’equilibrio entrambe le soluzioni sono sature e poiché la solubilità del soluto corrisponde alla sua concentrazione la legge di distribuzione può essere scritta come:

C₁/C₂ = S₁/S₂ = K

Pertanto conoscendo il valore del coefficiente di distribuzione e la solubilità del soluto in uno dei due solventi può essere determinata la solubilità del soluto nell’altro solvente.

Limitazioni alla legge di distribuzione

Affinché la legge distribuzione di Nernst sia valida devono essere soddisfatte le seguenti condizioni:

• La temperatura deve essere mantenuta costante
• Il soluto non deve reagire con i solventi né dissociarsi in essi
• La concentrazione del soluto in entrambi i solventi deve essere rilevata dopo che si è stabilito l’equilibrio
• I solventi non devono essere miscibili tra loro

Deviazioni dalla legge

Il soluto può dar luogo ad associazioni con uno dei due solventi del tipo n X ⇄ X_n o a dissociazioni del tipo X ⇄ A + B e in tal caso il rapporto C₁/C₂ non è costante. In tal caso si esaminano i due casi:

• Associazione con il solvente

Supponiamo che il soluto sia presente come X nel solvente A mentre nel solvente X dà luogo a un’associazione per dare X_n. Si dimostra che:
C₁/(C₂)^1/n = K

• Dissociazione nel solvente

Il soluto può essere presente come X nel solvente A mentre nel solvente B si dissocia in A + B. si dimostra che:

C₁/C₂(1-x) = K

essendo x il grado di dissociazione di X nel solvente B