H H Równowagi w roztworach elektrolitów. Teoria Brönsteda (1923) Kwasy i zasady. - Elektrolity - Solwatacja. - Pojęcie kwasu i zasady

Transkrypt

1 06 Elektrolity Solwatacja Równowagi w roztworac elektrolitów Pojęcie u i zasady Dysocjacja ów i zasad Dysocjacja wody i p ydroliza soli Roztwory buforowe Iloczyn rozpuszczalności Aktywność elektrolitów wasy i zasady Smak: kwaśny (), mydlany (zasady) Rozpuszczanie metali: litowce i wapniowce nawet woda Fe, Al. Pb, Zn, Sn, Co, Ni, Cd, Mn, Mg y Al, Zn zasady Zmiana barwy niektóryc związków organicznyc (lakmus, oranż) Cl Cl NaO Na O SO SO N O N O SO SO Pierwsza definicja naukowa was substancja odszczepiająca proton Zasada substancja odszczepiająca grupę wodorotlenową (ydroksylową) Solwatacja jonów W przypadku wodnyc roztworów mówimy o ydratacji Rozpuszczanie wymaga wystąpienie oddziaływań przyciągającyc między elementami struktury (np. cząsteczkami lub jonami) fazy stałej (kryształem) a rozpuszczalnikiem. Cl Cl Cl Cl ryształ Cl Rozpuszczalnik O ryształ naftalenu O Teoria Brönsteda (9) was substancja zdolna do oddawania protonów Zasada substancja zdolna do pobierania protonów A A Sprzężone pary owo zasadowe Cl O Cl O SO O SO O SO O SO O wasem lub zasadą mogą być też jony! O Dipol wody O O

2 06 Teoria Brönsteda (c.d.) was substancja zdolna do oddawania protonów Zasada substancja zdolna do pobierania protonów A A N O N O N O N O O O O O / /??? Sprzężone pary owo zasadowe wasy i zasady cd. O O O O?? CN CN CN CN?? N N N N?? F F F F SO N (c) N SO CN F F CN N O F CN owość Cząsteczki obojętne ationy Aniony A. Bielański Cemia ogólna i nieorganiczna wasy F, Cl, Br, I, ClO, SO, NO, PO, S, C COO, O Co z rozpuszczalnikami aprotonowymi? BrF BrF BrF BrF SbF 5 BrF BrF SbF 6 AgF BrF Ag BrF W tyc reakcjac jon F jest analogiem Zasady N, N, N O, N(C ), O O, N, [Al( [Cr( O) 6, O) 5 O, [Al( O) 6 [Fe( O) 5 O SO, PO, PO, F, Cl, Br, I, ClO S SO, SO, PO, PO, PO, O, O O O O Definicja u i zasady według Lewisa was akceptor pary elektronowej Zasada donor pary elektronowej Cl O O Cl N O N O,

3 06 Definicja u i zasady według Lewisa was akceptor pary elektronowej Zasada donor pary elektronowej F B F F x BF N N BF x F BF sól (?) [ O ( pisane jako stężenie [ ) > [O odczyn kwaśny log 0 [ O = p p = log[ [ O = 0 (p) W czystej wodzie [ = [O = 0 7, p=7 log 0 [O = po p po = (0 C) (Auto)ocjacja wody O O O O ( O O ) jon ydroniowy O ; O = 5 O ; 7 O ; 9 O ; O 5 [O [O ' O w 0 C [ O = [O 0 7 O ' [ O [ O [ O 0 [ [O iloczyn jonowy wody ( w, I w ) log [ wykładnik stężenia jonów wodorowyc p p = log 0 [ Przykłady: [ = 0 p p = log 0 [ 0,0 molowy roztwór mocnego u Cl (c= 0 ) [ = 0 p = log 0 0 = (log 0 0) = log 0 0 = = Stężenie jonów wodorowyc dla roztworu o p = 9 [ = 0 p [ = 0 9 (odczyn zasadowy)

4 06 Dysocjacja ów i zasad (słabyc elektrolitów) C COO (C COO) C COO dla roztworu carakterystyczne jest stężenie i stopień ocjaji c c c( ) [ [C COO [CCOO c c c c( ) c (wzór Ostwalda) Dla elektrolitów b. słabyc «, = c p = log 0 = c c,0 0,0 Stałe ocjacji ów beztlenowyc w roztworac wodnyc was p F 6, 0, Cl 0 7 7,0 Br 0 9 9,5 I 0 0 0,0 ( O),0 0,0 S 9, 0 8 7,0 Se,0 0,7 Te,5 0,6 /c rozcieńczenie Dysocjacja ów wielozasadowyc PO O O PO =7,5 0 p =, PO O O PO =6, 0 9 p = 8, PO O O PO =, 0 p =,7 Od czego zależy moc u (beztlenowego)? różnica elektroujemności (jonowy carakter wiązania) wielkość anionu was p F 6, 0, Cl 0 7 7,0 Br 0 9 9,5 I 0 0 0,0 ( O),0 0,0 S 9, 0 8 7,0 Se,0 0,7 Te,5 0,6 q q E r

5 06 n Moc oksyów (ów tlenowyc) RO mn [ ROm ( O) n R atom centralny łączący się bezpośrednio z tlenem np. PO SO PO [PO [SO (O) (O) [ PO (O) m = y umiarkowanie mocne ClO [ClO(O) 0 SO [SO (O) 0 m = y bardzo silne ClO MnO RO (O m ) n 8 [ClO(O) 0 8 [MnO(O) 0 ROm (O) n m = 0 y bardzo słabe 0 BO [B(O) 5,8 0 ClO [Cl(O), 0 m = y umiarkowanie słabe ClO [ClO(O),0 0 8 SO [SO(O), 0 AsO [AsO(O) 0,50 Względna moc niektóryc ów i zasad A. Bielański Podstawy cemii nieorganicznej 5

6 06 Twarde i miękkie y i zasady Twarde i miękkie y i zasady Moc u Lewisa zależy nie tylko od jego właściwości ale też od właściwości zasady, z którą reaguje (Analogicznie moc zasady Lewisa) Twarde y i twarde zasady carakteryzują się małą polaryzowalnością i małymi rozmiarami atomów stanowiącyc w cząsteczce u akceptory pary elektronowej, a w cząsteczce zasady stanowiącyc donory pary elektronowej Twarde y na ogół trudno się redukują, a twarde zasady trudno się utleniają Miękkie y i zasady carakteryzują się dużą polaryzowalnością i dużymi rozmiarami atomów akceptorowyci donorowyc Miękkiey łatwo się redukują a miękkiezasady utleniają B B Twarde i miękkie y i zasady Zastosowanie pojęcia twardyc i miękkiców i zasad pozwala przewidzieć kierunek niektóryc reakcji, np. BF (twardy ) będzie raczej reagował z twardą zasadą (F ) niż z miękką( ) a miękki (B 6 ) z miękką ( ) niż z twardą (F ) zasadą 6 _ BF : F BF BF : B T Na I Ag O M M T Na O T T Ag I M M A. Bielański Podstawy cemii nieorganicznej O Wodorotlenki amfoteryczne Al O O,5,5 Al O, p<7 p>7 Al (O) czy AlO??? Podobnie Zn(O) i Cr(O) 6

7 06 Wodorotlenki amfoteryczne ydroliza soli Al(O) O Al AlO O O AlO AlO O O AlO Al 6 Al (Al 6Cl = AlCl ) Al 6O AlO (Al 6NaO = Na AlO ) (Na ) Na s NO NO O O O O NO Reocjacja NO O słabego u Skutek: odczyn zasadowy roztworu (NaNO ) s O Na O NO ydroliza Solwoliza proces rozkładu następujący w roztworze pod wpływem rozpuszczalnika ydroliza proces rozkładu następujący w roztworze pod wpływem rozpuszczalnika, gdy tym rozpuszczalnikiem jest woda. ydrolizie ulegają sole słabyc ów i słabyc zasad. (Wystarczy jeden z tyc warunków). (Na Cl ) Na s Cl mocny elektrolit nie istnieją cząsteczki NaCl ( N Cl ) Cl s N O O O O N N O (reocjacja słabej zasady) (N Cl) s O N O Cl ydroliza (N NO ) s O N O NO ydroliza 7

8 06 Stała ydrolizy (stała równowagi reakcji ydrolizy) Sól słabego ui mocnej zasady (Na NO ) s O Na O NO NO O NO O Właściwa reakcja ydrolizy ' ' [NO [NO [O [ [ O O [NO[O [NO Sól słabej zasady i mocnego u (N Cl ) O N O Cl N O N O Właściwa reakcja ydrolizy O O Obie reakcje są ze sobą sprzężone poprzez wspólny jon ( 0 ) i cząsteczkę O ' ' [NO [ [N [ O [ N O [ [ O [ N [ O O [ N O [ [ N [ [NO [ [O [ [NO [ O ( ) O p p O p Im słabszy (większe p ) w soli z mocna zasadą, tym większy stopień ydrolizy i tym bardziej zasadowe środowisko Np. (N ) S ydrolizuje w 99% [ N O[ [ N [ O [ N O [ [ O O N O [ [ [ O ( O p p O ) p Im słabsza (większe p ), z której powstała sól, tym większy stopień ydrolizy i bardziej kwaśne środowisko. 8

9 06 Sól słabego u i słabej zasady np. N NO N NO O N O NO Odczyn roztworu wodnego takiej soli zależy od tego, który komponent ( czy ), z któryc powstała sól, jest mocniejszym elektrolitem. Bufory: Wniosek: słabe y i słabe zasady (słabe elektrolity) są buforami o małej zdolności buforującej Co się dzieje podczas ic rozcieńczania? Prawo rozcieńczeń Oswalda C COO C COO c cα cα cα [CCOO [ cα cα c [C COO c( α) c c Wniosek: stopień ocjacji zmienia się ze stężeniem c a więc i zdolność buforująca zależy od stężenia Bufory Buforami nazywamy roztwory zdolne do utrzymywania stałego p mimo dodatku do nic u lub zasady C COO C COO O O O [ [CCOO [C COO [O [ [ O Po dodaniu mocnego u cofa się ocjacja wody i u Po dodaniu mocnej zasady wiązane są jony Ō, więc wzrasta ocjacja wody i u a) mieszaniny soli mocnyc zasad i słabyc ów z tymi ami b) mieszaniny soli mocnyc ów i słabyc zasad z tymi mi c) mieszaniny różnyc soli ów wielozasadowyc np. NO NaNO NO NO (NO O O NO ) O O ( O O O O ) [ [NO [NO kw 9

10 06 kw [ [NO [NO Stężenie [NO jest praktycznie równe stężeniu soli NaNO (mocnego elektrolitu) C soli Stężenie [NO jest praktycznie równe C kw [ c soli kw ckw ckw p pkw log c soli kw c [ c Wnioski:. Nie ma zmiany p przy rozcieńczaniu lub zatężaniu. Można regulować p zmieniając stosunek stężeń u i soli. Zdolność buforująca dla silnyc ów i zasad zależy od stężeń ów i soli użytyc do sporządzenia buforu np. Bufor fosforanowy Na PO Na PO PO O PO O PO O PO O PO O PO O O O O O Bufory stosujemy np. w sporządzaniu leków płynnyc (do wstrzyknięć). soli kw Bufor, np. N O N Cl zas c [N [O [N O soli c soli [O [ c [ zas [ [ O csoli I O c [ c [ zas I [ O zas C C (AB) s (A ) r (B ) r [A [B [AB [AB = I AB = [A [B (L AB ) soli zas zas Iloczyn rozpuszczalności (stężenie wyrażane w ułamkac molowyc) w roztworze nasyconym mocnego (trudno rozpuszczalnego) elektrolitu iedy iloczyn rozpuszczalności jest wielkością stałą? roztwór jest nasycony (istnieje w równowadze z fazą stałą) nie ma w roztworze cząsteczekab (mocny elektrolit) małe stężenie jonów A i B (trudno rozpuszczalny związek) 0

11 06 Aktywność elektrolitów I 8 g Cl, 0 I AgCl =,6 0 0 I PbCl I CuS = 0 8 =,6 05 I CdS = 0 8 I ZnS = 0 S S S (ZnS) s Zn S Elektroda kalomelowa (g Cl ) s g Cl (g) s g ē M n i (c Moc jonowa roztworu i Z i np. m roztwór BaCl M ( c ) Ba (8 ) 6 log f Ba Z c Z ) ( ) Ba Cl Cl A Z M A 6... Ba p = log 0 [ [ = 0 p 0,00 m Cl [ = 0 p = 0, m Cl [ = 0 p = m Cl [ = = 0 0 p = 0 0 m Cl [ = 0 = 0 p = p 0 0 0,5,5 c [mol/litr Tylko dla roztworów rozcieńczonyc ca Pytania egzaminacyjne p log a c f i i i 0 [a Współczynnik aktywności. Jakie konsekwencje dla właściwości roztworu ma zjawisko ocjacji elektrolitycznej?. Od czego zależy stopień ocjacjidanej substancji w danym rozpuszczalniku?. Od czego zależy moc elektrolitu?. Jakie wartości może przyjmować i od czego zależy współczynnik van t offa? 5. Definicje ów i zasad. Czy ta sama substancja (czy tylko typu molekularnego) albo jon może być zarówno em jak i zasadą? 6. Na czym polega różnica pomiędzy definicjami ów i zasad według Brönsteda i Lewisa? 7. Jakiego typu substancje mogą być zarówno ami jak i mi? 8. Z czego wynika stałość iloczynu jonowego wody?

12 06 9. Co carakteryzuje p i jak p zależy od budowy związku? 0. Dlaczego zmierzone p może znacznie różnić się od obliczonego? tóre z nic może być większe?. Wyjaśnij związek pomiędzy stałą a stopniem ocjacji słabego elektrolitu (wzór Ostwalda).. Dlaczego kolejne stopnie ocjacjinp. S są coraz mniejsze?. Od czego zależy moc ówbeztlenowyc typu X?. Od czego zależy moc ów tlenowyco ogólnym wzorze R[O m (O) n? 5. Od czego zależy twardość (i miękkość) ów i zasad Lewisa i jakie to ma konsekwencje dla ic właściwości cemicznyc? 6. W jakic przypadkac wodorotlenki wykazują właściwości amfoteryczne? 7. Na czym polega ydroliza i jakie związki ulegają takim reakcjom? 8. Jakiego typu mieszaniny (w roztworze wodnym) mają zdolność buforowania zmian p i od czego zależy ilość neutralizowanego u lub zasady? 9. Z czego wynika stałość iloczynu rozpuszczalności? 0. Jak wykorzystano iloczyn rozpuszczalności do utrzymania względnie stałego potencjału w elektrodac wzorcowyc?. Wyjaśnić na podstawie równania równowagi ydrolizy N NO, NaNO lub N Cl jak zmiana p (po dodaniu u lub zasady) wpływa na stopień ydrolizy soli.. Dlaczego aktywność jonów maleje ze wzrostem mocy jonowej roztworu?