Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej

Transkrypt

1 ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej Część Równowagi w wodny roztwora elektrolitów.. ydroliza, bufory atedra i Zakład Cemii Fizyznej Collegium Medium w ydgozzy Uniwerytet Mikołaja opernika w Toruniu Prof. dr ab. n.em. Piotr Cyewki piotr.yewki@m.umk.pl

2 ydroliza reakja ydrolizy, która przebiega między wodą a odpowiednimi olami roztwory ydrolizująe mają odzyn: - zaadowy dla oli łaby kwaów i mony zaad - kwaśny dla oli mony kwaów i łaby zaad - obojętny dla oli łaby kwaów i łaby zaad. Meanizm ydrolizy kationowej - odzyn kwaśny O O ZnCl + O Zn(O) + Cl Zn + + O Zn(O) + + Meanizm ydrolizy anionowej - odzyn alkalizny O O Na CO + O NaO + CO CO - + O O - + CO.. Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr.. /

3 Podumowanie: monej zaady i monego kwau ól odzyn typ ydrolizy obojętny brak łabej zaady i monego kwau kwaowy kationowa monej zaady i łabego kwau zaadowy anionowa łabej zaady i łabego kwau łabo zaadowy, łabo kwaowy lub obojętny kationowo-anionowa jeśli a < b, to przeważa arakter zaadowy jeśli a > b, to przeważa arakter kwaowy a (N + ) = 5.6 x b (CN - ) =.0 x 10-5 odzyn wodnego roztworu N CN jet zaadowy.1. Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr..1 /

4 Przykład: Określić odzyn roztworów poniżzy oli: otan odu, lorek amonowy, węglan potaowy, azotan ynkowy, iarzek glinowy CCOO Na O C COO Na O CO O CO CO O CO O O N Cl O Zn O Zn O O O Zn O Zn N Cl O Niektóre ole, ze względu na ałkowitą ydrolizę nie itnieją w wodzie, np.: O S l S O l.1. Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr..1 /

5 ILOŚCIOY OPIS YDROLIZY Stopień ydrolizy wkazuje, jaka zęść ogólnej lizby rozpuzzony zątezek oli uległa ydrolizie. Stopień ydrolizy (określa ałkowity ułamek oli, która ulega ydrolizie, zyli jet to tounek lizby zątezek zydrolizowany do wzytki zątezek w roztworze. Stała ydrolizy tała równowagi proeu ydrolizy (odwrotnego do zobojętniania) zależy ona od : od temperatury (jet tała w tałej temperaturze ponieważ ilozyn jonowy wody także zależy od temperatury) odwrotnie proporjonalnie od tałej dyojaji łabego kwau od rodzaju oli; im łabzy kwa, tzn. im mniejza ( ), tym więkza tała ydrolizy ( ) i tym ilniejza jet ta ydroliza. tała ydrolizy nie zależy od tężenia oli..1. Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr..1 / 5

6 ILOŚCIOY OPIS YDROLIZY ydroliza oli monej zaady i łabego kwau CCOO O C Stała ydrolizy O COO O zaada 1 kwa kwa 1 zaada C COO C COO O C COO O CCOO O C COO C COO a w w Stała ydrolizy oli łabego kwau i monej zaady równa jet tounkowi ilozynu jonowego wody i tałej dyojaji łabego kwau. a w tężenie oli.. Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr.. / 6

7 ILOŚCIOY OPIS YDROLIZY ydroliza oli monej zaady i łabego kwau Stopień ydrolizy CN 1 CN O CN O CN CN CN O O Jeżeli topień ydrolizy << 1, to Stopień ydrolizy oli łabego kwau i monej zaady zależy odwrotnie proporjonalnie od wielkośi tałej dyojaji kwau i odwrotnie proporjonalnie od tężenia oli. (zwiękza ię wraz z rozieńzeniem). Zależy też od rodzaju kwau, od którego poodzi ól ( )

8 ILOŚCIOY OPIS YDROLIZY ydroliza oli łabej zaady i monego kwau N O N O kwa 1 zaada zaada 1 kwa Stała ydrolizy N O N N Stała ydrolizy oli monego kwau i łabej zaady równa jet tounkowi ilozynu jonowego wody i tałej dyojaji łabej zaady O O O O N p N O N lg.. Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr.. / 8

9 ILOŚCIOY OPIS YDROLIZY ydroliza oli łabej zaady i monego kwau N O N Stopień ydrolizy N N 1 O O Stopień ydrolizy oli łabej zaady i monego kwau zależy odwrotnie proporjonalnie od wielkośi tałej dyojaji zaady i odwrotnie proporjonalnie od tężenia oli. (zwiękza ię wraz z rozieńzeniem). Zależy też od rodzaju zaady, od którego poodzi ól ( ). N O N Jeżeli topień ydrolizy << 1, to 1 1 1

10 ILOŚCIOY OPIS YDROLIZY ydroliza oli łabej zaady i łabego kwau C COON O C COO N O C COO O C COO O zaada 1 kwa kwa 1 zaada C COO C COO C COO N O N O kwa 1 zaada zaada 1 kwa N N O N.. Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr.. / 10

11 ILOŚCIOY OPIS YDROLIZY ydroliza oli łabej zaady i łabego kwau C COO N O C COO N C COO N C COO N O 1 C COO N C COO N Stała ydrolizy oli łabego kwau i łabej zaady jet tym więkza, im mniejze ą wartośi tały dyojaji łabej zaady i łabego kwau, zyli im łabza jet zaada i kwa... Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr.. / 11

12 ILOŚCIOY OPIS YDROLIZY ydroliza oli łabej zaady i łabego kwau Stopień ydrolizy C COO N O C COO N O C COO N C COO N C COO 1 N 1 C COO N C COO N O C COO N 1 1 Jeżeli topień ydrolizy <<1, to 1

13 OLICZNIE p ROZTORÓ SOLI Oblizanie p roztworu oli łabego kwau i monej zaady CCOO O C COO C COO O C COO O O O po lg O p 1 po.. Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr.. / 1

14 Oblizanie p roztworu oli monego kwau i łabej zaady OLICZNIE p ROZTORÓ SOLI N O N N O N O O p lg ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr.. / 1.. Równowagi w wodny roztwora elektrolitów

15 OLICZNIE p ROZTORÓ SOLI Oblizanie p roztworu oli łabego kwau i łabej zaady CCOO O C COO N O N C COO O N C COO N O.. Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr.. / 15

16 OLICZNIE p ROZTORÓ SOLI C COO N Oblizanie p roztworu oli łabego kwau i łabej zaady C COO N N O N N N O O O O O O O O.. Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr.. / 16

17 OLICZNIE p ROZTORÓ SOLI Oblizanie p roztworu oli monej zaady i łabego kwau wieloprotonowego 1.0 [GTP] [GTP-] - ] [GTP] - ] [GTP] - ] [GTP] - ] Conentration [mol/dm ] p.. Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr.. / 17

18 OLICZNIE p ROZTORÓ SOLI Oblizanie p roztworu oli monej zaady i łabego kwau wieloprotonowego ydrolizy dla oli kwau foforowego (V) PO ,5 10 1,10 1 < PO dlatego odzyn roztworu oli Na PO jet kwaowy. PO ,10 9 1,60510 < PO - dlatego odzyn roztworu oli Na PO jet lekko zaadowy 6.. Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr.. / 18

19 OLICZNIE p ROZTORÓ SOLI Oblizanie p roztworu oli monej zaady i łabego kwau wieloprotonowego PO 10 1, 10 1,5 10 < PO - dlatego odzyn roztworu oli Na PO jet zaadowy... Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr.. / 19

20 OLICZNIE p ROZTORÓ SOLI Oblizanie p roztworu oli łabej zaady i łabego kwau wieloprotonowego CO N O, , , 10 >> CO dlatego odzyn roztworu oli N CO jet lekko zaadowy... Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr.. / 0

21 OLICZNIE p ROZTORÓ SOLI CO N O 5, , ,11 >> CO - dlatego odzyn roztworu oli N CO jet lekko zaadowy. Przykład: Rozpuzzono w wodzie 0,1 mola kwau mrówkowego ( a = 1, ) i 0,1 mola trimetyloaminy ( b = 5, 10-5 ) i rozieńzono roztwór do objętośi 1 litra. Jakie jet p roztworu? roztworze znajdują ię dwie pary kwaowo-zaadowe w równowaga: COO O COO N O C N O C O.. Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr.. / 1

22 Przykład (d) O O arunek elektroobojętnośi : O O O O Ponieważ [ O + ] << [ - ] i [O - ] << [ - ] Sumaryzne tężenia obu par kwaowo-zaadowy ą jednakowe, zatem: p roztworu zapiane z oobna dla każdej pary p p p k log p p k OLICZNIE p ROZTORÓ SOLI p w p p p log w p z log 1 p p p,75 1,00,8 6, 7 1 k w z z

23 ROZTORY UFOROE roztwory zaowująe tałą wartość p w pewnym zakreie dodawany kwaów i zaad. Najzęśiej ą to roztwory łaby kwaów i i oli lub łaby zaad i i oli... Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr.. /

24 ROZTORY UFOROE Działanie roztworu buforowego alkaliznego. Roztwór utworzono miezają łaby kwa i przężony z tym kwaem anion - (poodząy od dyojaji oli tego kwau) O O p roztworu buforowego zależy od tężenia łabego kwau i przężonej z nim zaady - : log p log p log log p zależy zatem od p oraz tounku tężenia przężonej zaady oraz tężenie kwau

25 ROZTORY UFOROE Przykład: ufor otanowy kłada ię roztworu z kwau otowego i jego oli np. otanu odowego. Działanie buforująe tego roztworu polega na wiązaniu namiaru jonów wodorowy zgodnie z reakją: C COO C COO oraz wiązaniu nadmiaru jonów ydrokylowy: C COO O C COO O p buforu otanowego dane jet równaniem: p p C COO log C C COO COO Przykładowo dla roztworu zawierająego 0.1M oli oraz 0.1M kwau 0,1mol / dm p,8 log,8, 8 0,1mol / dm 10 C COO.. Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr.. / 5

26 ROZTORY UFOROE Przykład: ufor amoniakalny Roztwory zawierająe ole amonowe i wodny roztwór amoniaku mają włanośi buforowe: wiązanie jonów wodorowy N N wiązanie jonów ydrokylowy N O N O waowość roztworu buforowego dana jet wyrażeniem: p p N N log N.. Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr.. / 6

27 REGULCJ p ORGNIZMC omeotaza - tałość środowika wewnętrznego utroju mimo zmian środowika zewnętrznego oraz zmienny bodźów zewnętrzny. omeotaza nie jet równowagą w enie emizny, gdy wymaga tałego korygowania kutków działania bodźów zewnętrzny poprzez komplikowany ytem kontroli omeotaza jet warunkowana równowagami: Izojonia równowaga kładu jonowego płynów utrojowy Izoydria równowaga kwaowo-zaadowa pomiędzy donorami i akeptorami protonów Izoomia (izotonia) równowaga tężeń ubtanji rozpuzzony w płyna wewnątrz i zewnątrzkomórkowy Izotermia równowaga energetyzna, tabilizująa temperaturę utroju.. Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr.. / 7

28 REGULCJ p ORGNIZMC Za równowagę kwaowo-zaadową odpowiedzialne ą natępująe bufory: rwinki: Ooze: zaada CO PO CO CO ( rozp) kwa PO zaada CO CO bo białzan kwa b O PO PO emoglobina.. Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr.. / 8

29 REGULCJ p ORGNIZMC oniezność tabilizaji p w organizmie związana jet ze zmianą kwaowośi wywołaną przez dotarzane pokarmy oraz powtająe z ni produkty metabolizne. Głównym buforem tabilizująym jet bufor węglanowy: CO wiązanie jonów wodorowy CO CO ( rozp) CO O CO wiązanie jonów ydrokylowy CO O CO O ufor tabilizuje p wynikająe z dotarzany jonów wodorowy oraz dwutlenku węgla. Ponadto tanowi pośrednie ogniwo umożliwiająe emoglobinie wewnątrz krwinek buforowanie p krwi... Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr.. / 9

30 REGULCJ p ORGNIZMC Główną funkją emoglobiny jet tranport tlenu z płu do tkanek z jednozenym tranportem dwutlenku węgla z tkanek do płu. emoglobina jet białkiem oligomeryznym kładająym ię z łańuów polipetydowy. C C C ażda jednotka zawiera grupę protetyzną em (jon żelaza II w układzie porfirynowym) mogąym związać do ztere zątezek tlenu. Proe ten (zwany utlenowieniem) jet odwraalny i nie wywołuje zmian topnia utlenienia żelaza. Utlenowieniu towarzyzy jednak zmiana konformaji zątezki emoglobiny: b emoglobina odtlenowana bo okyemoglobina C C C N N Fe N N C C OOC- C- C C -C -COO Iron Protoporpyrin IX (eme-b) Obie formy różnią ię arakterem kwaowym: okyemoglobina jet ilniejzym kwaem. bo bo p a = 6.6 b b p a = Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr.. / 0

31 REGULCJ p ORGNIZMC bo bo b b p a = 6.6 p a = bo b 6.6 log bo log b Skutki utlenowienia emoglobiny: b O O bo Spadek p, związany z nagromadzeniem dwutlenku węgla, kwau mlekowego i inny kwaśny metabolitów zwiękza dyojaję okyemoglobiny i oddawanie tlenu. Natomiat podwyżzenie p środowika powoduje wiązanie tlenu przez emoglobinę w płua. ierunek reakji zależy od iśnień tlenu i dwutlenku węgla: b O CO p lu a bo O CO tka n ki.. Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr.. / 1

32 MFOTERYCZNOŚĆ Zdolność do wykazywania e kwaowy lub zaadowy w zależnośi od warunków przebiegu reakji zobojętniania. Przykłady: O Zn O Zn O O ZnO O Zn O O SnO O Sn O O SnO O Sn Metale, tlenki, wodorotlenki o arakterze amfoteryznym: ynk (II), yna (II, IV), glin (III), ołów (II, IV),.. Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr.. /

33 MFOTERYCZNOŚĆ Przykład: jakim tounku należy zmiezać ze obą roztwór lorku glinowego i zaady odowej, aby nie powtał oad? l O l O O O lo O l Odpowiedź: przy tounku jonów glinowy do ydrokylowy o najmniej równym 1: nie powtaje oad. Utalanie potai jonu w środowiku alkaliznym: l O O lo lo lo.. Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr.. /

34 MFOTERYCZNOŚĆ minokway wykazują właśiwośi amfoteryzne. Związki te mają w woi zątezka dwie grupy zdolne do wymiany protonu. Przykładowo dla gliyny - najprotzego aminokwau: ytępują formy: kwaowa ( + N C COO), wytępująa w roztwora o nikim p zaadowa (N C COO - ), dominująa w roztwora alkalizny jon obojnazy + N C COO -. Stężenie obojętny zątezek N C COO jet zawze znikome. punkt izojonowy Dla pewnej wartośi p tężenie jonów obojnazy jet makymalne, a formy krajne mają tężenia jednakowe. artość p dla punktu izojonowego można oblizyć z wzoru: p p k log a a kwa zaada.. Równowagi w wodny roztwora elektrolitów ykład z Cemii Ogólnej i Nieorganiznej tr.. /