Kwas HA i odpowiadająca mu zasada A stanowią sprzężoną parę (podobnie zasada B i kwas BH + ):

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Kwas HA i odpowiadająca mu zasada A stanowią sprzężoną parę (podobnie zasada B i kwas BH + ):"

Krzysztof Bednarski
6 lat temu
Przeglądów:

1 Spis treści 1 Kwasy i zasady 2 Rola rozpuszczalnika 3 Dysocjacja wody 4 Słabe kwasy i zasady 5 Skala ph 6 Oblicznie ph słabego kwasu 7 Obliczanie ph słabej zasady 8 Przykłady obliczeń 81 Zadanie Rozwiązanie 82 Zadanie Rozwiązanie 83 Zadanie Rozwiązanie 9 Reakcje hydrolizy 10 Roztwory buforowe 11 Najczęściej stosowane układy buforujące: Kwasy i zasady Teoria protonowa (Brønsteda i Lowry ego) definiuje kwasy jako donory protonu, a zasady jako akceptory protonu i postuluje, że reakcje kwas-zasada są reakcjami sprzężonymi kwas 1 + zasada 2 zasada 1 + kwas 2, HA + B A + BH + Kwas HA i odpowiadająca mu zasada A stanowią sprzężoną parę (podobnie zasada B i kwas BH + ): HNO 3 NO 3 + H +, HCO 3 + H + H 2 CO 3 Rola rozpuszczalnika Rozpuszczalniki protolityczne (zdolne do autoprotolizy) i aprotonowe Do grupy rozpuszczalników protolitycznych zalicza się: protonoakceptorowe (protonofilowe), które łatwo przyłączają protony C 5 H 5 N + H + C 5 H 5 NH + (pirydyna)

2 protonodonorowe (protonogenne), które łatwo oddają protony HCOOH HCOO + H + (bezwodny kwas mrówkowy) amfoteryczne (amfiprotyczne), które w zależności od warunków reakcji mogą przyłączać lub oddawać elektrony (np woda lub etanol): H 2 O OH + H +, H 2 O + H + H 3 O +, C 2 H 5 OH C 2 H 5 O + H +, C 2 H 5 OH + H + C 2 H 5 OH 2 + Dysocjacja wody Woda jest bardzo słabym elektrolitem dysocjującym zgodnie z równaniem: H 2 O H + + OH- Stała dysocjacji wody jest wyrażona równaniem: Stężenie wody przyjmuje się za wielkość stałą (55,5 mol/dm 3 ), ponieważ liczba zdysocjowanych cząsteczek jest znikomo mała w porównaniu do ogólnej liczby cząsteczek wody Iloczyn jest wielkością stałą (w stałej temperaturze), tak więc iloczyn [H + ][OH ] ma również stałą wartość i nazywa się iloczynem jonowym wody: Iloczyn jonowy wody określa zależność między stężeniami H + i OH w wodnych roztworach kwasów i zasad, w czystej wodzie

3 W wyrażeniach na stałe równowagi reakcji jonowych można się posługiwać wartościami stężeń tylko w przypadku rozcieńczonych roztworów, ponieważ wtedy stężenia są bliskie aktywnościom (niska siła jonowa) W roztworach elektrolitów o wysokiej sile jonowej należy uwzględnić współczynniki aktywności Stałe równowagi reakcji wyrażone za pomocą aktywności nazywają się stałymi aktywnościowymi lub termodynamicznymi Słabe kwasy i zasady Słabe kwasy są w roztworach wodnych częściowo zdysocjowane HA + H 2 O H 3 O + + A lub HA H + + A Stan równowagi określa wartość stałej dysocjacji Jeżeli stężenie molowe kwasu HA wprowadzonego do roztworu oznaczy się jako stężenie części zdysocjowanej wynosi, to a stężenie niezdysocjowanego kwasu Podstawiając otrzymane zależności do wyrażenia na stałą dysocjacji otrzymuje się związek między stałą i stopniem dysocjacji a otrzymane po przekształceniu równanie kwadratowe pozwala obliczać stopień dysocjacji słabego kwasu, jeżeli znane jest jego stężenie molowe Gdy stopień dysocjacji jest bardzo mały (a<0,05), to wyrażenie na stałą dysocjacji można uprościć do postaci wówczas

4 Skala ph W roztworach kwasów i zasad konieczne jest określanie stężenia jonów H + i OH W celu określania kwasowości czy zasadowości roztworów wodnych wprowadzono skalę ph opartą na wartościach ujemnych logarytmów z wartości stężenia molowego jonów wodorowych (lub aktywności): roztwory kwasowe ph < 7 roztwory obojętne ph = 7 roztwory alkaliczne ph > 7 Znajomość ph roztworu pozwala również określać poh i stężenie jonów OH, korzystając z zależności, Oblicznie ph słabego kwasu Wychodząc z wyrażenia na stałą dysocjacji słabego kwasu HA zakłada się, że, a stężenie niezdysocjowanego kwasu Po podstawieniu do wyrażenia na stałą dysocjacji otrzymuje się zależność która prowadzi do równania kwadratowego Obliczanie ph słabej zasady Proces dysocjacji słabej zasady B + H 2 O BH + + OH opisuje stała dysocjacji zasadowej, zakładając, że oraz otrzymujemy zależność

5 Stężenie jonów OH oblicza się z równania kwadratowego Przykłady obliczeń Zadanie 1 Stopień dysocjacji stałą dysocjacji jednoprotonowego kwasu wynosi 46% w roztworze wodnym o ph = 3 Oblicz Rozwiązanie Wartość ph określa stężenie jonów wodorowych Znajomość ph oraz pozwala obliczyć początkowe stężenie kwasu z definicji stopnia dysocjacji Podstawiając te wartości do wzoru na stałą dysocjacji otrzymamy Zadanie 2 Oblicz stopień dysocjacji oraz ph roztworu kwasu octowego o stężeniu 0,2 mol/dm 3 Rozwiązanie Stopień dysocjacji obliczamy korzystając z równania kwadratowego Stężenie jonów wodorowych obliczamy z zależności

6 Zadanie 3 Obliczyć ph roztworu kwasu mrówkowego o stężeniu ( stała dysocjacji ) Rozwiązanie Korzystamy z równania kwadratowego: ph = 3,48 Reakcje hydrolizy Hydrolizą nazywamy równowagi protolityczne ustalające się po rozpuszczeniu w wodzie soli: słabego kwasu i mocnej zasady (np octan sodu), mocnego kwasu i słabej zasady (np chlorek amonowy), słabego kwasu i słabej zasady (np octan amonowy) Sole te są w roztworach wodnych całkowicie zdysocjowane, a jony słabych kwasów lub słabych zasad reagują z cząsteczkami wody, zgodnie z równaniami CH 3 COONa CH 3 COO + Na+ CH 3 COO + H 2 O CH 3 COOH + OH NH 4 Cl NH 4+ + Cl NH 4+ + H 2 O :NH 3 + H 3 O + CH 3 COONH 4 CH 3 COO + NH 4+ CH 3 COO + H 2 O CH 3 COOH + OH NH 4+ + H 2 O NH 3 + H 3 O + W wyniku reakcji hydrolizy ph wodnych roztworów soli jest różne od 7

7 Roztwory buforowe Roztworem buforowym jest wodny roztwór zawierający sprzężoną parę kwas-zasada, którego cechą jest utrzymywanie stałego ph podczas rozcieńczania lub dodawania niewielkich ilości mocnego kwasu czy zasady Roztwór buforowy otrzymuje się przez zmieszanie roztworu słabego kwasu HA i sprzężonej z nim zasady A, o wysokich stężeniach analitycznych c HA i c A Do wyrażenia na stałą dysocjacji kwasu HA podstawiamy odpowiednie stężenia:, i otrzymujemy W postaci logarytmicznej otrzymujemy wzór na ph Najczęściej stosowane układy buforujące: ph = 0 ph = 2 ph = 4,7 1 M HCl 0,01 M HCl 1 M CH 3 COOH + 1 M CH 3 COONa ph = 7,2 1 M KH 2 PO M K 2 HPO 4 ph = 9,2 1 M NH 4 Cl + 1 M NH 3 ph = 12 0,01 M NaOH ph = 14 1 M NaOH

Podobne dokumenty

WARSZTATY olimpijskie. Co już było: Atomy i elektrony Cząsteczki i wiązania Stechiometria Gazy, termochemia Równowaga chemiczna Kinetyka

WARSZTATY olimpijskie. Co już było: Atomy i elektrony Cząsteczki i wiązania Stechiometria Gazy, termochemia Równowaga chemiczna Kinetyka WARSZTATY olimpijskie Co już było: Atomy i elektrony Cząsteczki i wiązania Stechiometria Gazy, termochemia Równowaga chemiczna inetyka WARSZTATY olimpijskie Co będzie: Data Co robimy 1 XII 2016 wasy i