Roztwory elektroltów Podzał 04_4 Power Source mocne efektywne przewodzą prąd (NaCl, HNO ) słabe słabo przewodzą (ocet, woda z kranu) neelektrolty ne przewodzą (czysta woda, roztwór cukru) (a) (b) (c) Przewodnctwo elektryczne elektroltów (< 1 Ω 1 cm 1 ) jest < nż metal (<10 4 10 6 Ω 1 cm 1 ) zależne od stężena: a) ruchlwość jonów< ruchlwość elektronów b) nośnków ładunku jest mnej w elektrolce
Roztwory elektroltów Właścwośc W porównanu z neelektroltam roztwory elektroltów wykazują mocnejsze efekty: obnżene cśnena pary nasyconej temperatury krzepnęca podwyższene cśnena osmotycznego temperatury wrzena Stopeń dysocjacj Defncja stosunek lczby cząsteczek rozpadających sę na jony do ogólnej lczby cząsteczek rozpuszczonych nazywa sę α n n jony 0 czast H α 1 > α H A H A A A H H ( ) A H H H H A A B H A A H A A H H A ( ) HA H A H B α α 1
Roztwory elektroltów Wązana w cząsteczce przed rozpuszczenem jonowe kowalencyjnespolaryzowane Moc elektroltu el. slne α 100% NaCl, KNO HCl, HNO el. słabe α<<100% NH, CH COOH Solwatacja Orentacja cząsteczek wody H O H H H O katon anon
Aktywność roztworów Dlaczego wymyślono pojęce aktywnośc? Roztwory elektroltów (zwłaszcza mocnych) to skomplkowane układy (oddzaływana jonyjony, cz. rozpuszczalnkajony Opsując równowagę w takch układach można: a) Zastosować skomplkowane wzory na stałą równowag b) Zachować prostą postać równana na stałą równowag skomplkować pojęce stężena Roztwór rzeczywsty a x f współczynnk aktywnośc, f (p, T, c j, c ) f f 1 a Model roztworu dealnego x x c c 0 c << c 0 Aktywność roztworów Jak oblczyć współczynnk aktywnośc? ν z ν z A I log( f ) ν ν 1 rb I gdze 1.85 10 A ( εt ) 50.9 B ( εt ) 1 6 r Α I 1 o c z elektrolt dysocjujący na ν katonów o ładunku z na ν anonów o ładunku z w rozpuszczalnku o stałej delektrycznej ε w temperaturze T.
Aktywność roztworów Kedy stosować aktywność? AB A B stała równowag stężene Kc Kact K f f A A f f AB AB f f B B c K A c c c AB B Modele kwasów zasad Arrhenus (1887) kwasy H zasady OH Ogranczena: roztwory wodne Przykłady: kwasy: HCl, HNO, H SO 4 zasady: NaOH, Ca(OH)
Modele kwasów zasad Brønsted (19) kwasy donory H (proton) zasady akceptory H (proton) Ogranczena : Przykłady ady: roztwory protoltyczne (H O, NH ) HCl H O Cl H O acd base NH H O NH 4 OH base acd Modele kwasów zasad Lews (19) kwasy akceptory pary elektronowej zasady donory pary elektronowej Ogranczena : Przykłady ady: wszystke zwązk zk mogą być opsywane jako donory lub akceptory pary elektronowej H O H H O NH (s) HCl (g base acd (g) NH 4 Cl (s)
Model Brønsteda nesprzężone pary kwas zasada K 1 Z K Z 1 sprzężone pary kwas zasada HA(aq) H O(l) H O (aq) A (aq) acd 1 base acd base 1 conjugate base: remans of the acd molecule after a proton s lost. conjugate acd: formed when the proton s transferred to the base. Model Brønsteda Przykłady Kwasy jednoprotonowe HCl H O HNO H O HClO 4 H O Kwasy dwuprotonowe 1) H SO 4 H O Rozpuszczalnk woda ) HSO 4 H O 1) H CO H O ) HCO H O
Model Brønsteda Przykłady kwas 1 zasada kwas zasada 1 HCl H O H O Cl HNO H O H O NO HClO 4 H O H O ClO 4 1) H SO 4 H O H O HSO 4 ) HSO 4 H O H O SO 4 1) H CO H O H O HCO ) HCO H O H O CO Model Brønsteda Przykłady dysocjacja hydrolza kwas 1 zasada kwas zasada 1 HCl H O H O Cl CH COOH H O H O CH COO NH 4 H O H O NHN H O CH COO OH CH COOH rozp. gazu H O NHN OH NH 4 CH COOH OH CH COO H O H O NHN NH 4 H O zobojętnane autodysocjacja H O H O OH H O
Model Brønsteda Przykłady Rozpuszczalnk amonak kwas 1 zasada kwas zasada 1 HCl NH NH 4 Cl CH COOH NH NH 4 CH COO Rozpuszczalnk kwas octowy Rozpuszczalnk metanol CH COOH CH NH CH COO CH NH CH COOH CH OH CH COO CH OH Model Brønsteda Roztwory newodne autodysocjacja autodysocjacja H O OH H O NH NH 4 NH HF H F HF HCN H CN CN zobojętnane
Model Brønsteda Autodysocjacja wody K f ( T, p) H O H O H O OH conj conj acd base acd base 1 K K w [ OH [ HO [ H O H O [ OH [ K w (98K,1atm) 10 14 roztwór 1) [H O [OH 1 10 7 obojętny (neutral( neutral) ) [H O >[OH kwaśny (acdc( acdc) ) [H O <[OH zasadowy (basc( basc) Skala ph 14 K w [ HO [ OH 10 log( ) log([ HO ) log([ OH ) 14 K w log( ) log([ H O ) log([ OH ) 14 K w pk w ph poh ph log([ HO poh log([ OH 14 ) ) K w (98K,1atm) 10 14
Skala ph [H ph 98 K, 1 atm zasadowy obojętny kwaśny 10 14 14 10 1 1 Basc 10 1 1 10 11 11 10 10 10 10 9 9 10 8 8 Neutral 10 7 7 10 6 6 10 5 5 10 4 4 10 Acdc 10 10 1 1 1 0 1 M NaOH Ammona (Household cleaner) Blood Pure water Mlk Vnegar Lemon juce Stomach acd 1 M HCl Stałe równowag w roztworach słabe kwasy HA(aq) H O(l) H O (aq) A (aq) HO A HA K a H A HA
Stałe równowag w roztworach słabe kwasy rozpuszczamy kwas octowy w wodze CH COOH H O CH COO H O K 1 Z Z1 K [ CH COO [ HO [ CH COOH K a Stała dysocjacj kwasu K a jest to stała równowag reakcj kwasu z wodą. Stałe równowag w roztworach słabe kwasy rozpuszczamy dwutlenek węgla w wodze a1 HCO H HCO ( K ) a HCO H CO ( K ) K K a a 1 [ HO [ HCO [ H CO [ H O [ CO [ HCO K > a K 1 a
Stałe równowag w roztworach słabe kwasy Table 14. Values of K a for Some Common Monoprotc Acds Formula Name Value of K a * HSO 4 Hydrogen sulfate on 1. x 10 HClO Chlorous acd 1. x 10 HC H ClO Monochloracetc acd 1.5 x 10 HF Hydrofluorc acd 7. x 10 4 HNO Ntrous acd 4.0 x 10 4 HC H O Acetc acd 1.8 x 10 5 [Al(H O) 6 Hydrated alumnum(iii) on 1.4 x 10 5 HOCl Hypochlorous acd.5 x 10 8 HCN Hydrocyanc acd 6. x 10 10 NH 4 Ammonum on 5.6 x 10 10 HOC 6 H 5 Phenol 1.6 x 10 10 Increasng acd strength *The unts of K a are mol/l but are customarly omtted. Stałe równowag w roztworach sole słabych s kwasów rozpuszczamy octan sodowy w wodze CH COO H O CH COOH OH Z 1 K K1 Z K b [ CHCOOH [ OH [ CH COO Stała K b jest stałą równowag reakcj zasady CH COO z wodą. Nazywamy ją też stałą hydrolzy.
Stałe równowag w roztworach słabe zasady rozpuszczamy gazowy amonak w wodze NH ) ( g ) ( NH aq NH H O NH 4 OH Z 1 K K1 Z K b [ NH 4 [ OH [ NH aq K b jest stałą dysocjacj zasadowej zasady (NH ) aq. Jest to stała równowag reakcj zasady z rozpuszczlnkem, tj. wodą. Stałe równowag w roztworach sole słabych s zasad rozpuszczamy chlorek amonu w wodze NH 4 H O NH H aq O K 1 Z Z1 K [ NH aq [ HO K a [ NH 4 Stała K a jest stałą równowag reakcj kwasu NH 4 z wodą. Nazywamy ją też stałą hydrolzy.
Moc kwasów zasad 14_ Before dssocaton HA After dssocaton, at equlbrum H A (a) HA HA (b) H A Moc kwasów zasad sprzęż ężone pary, stałe e równowagr Wększe jest K a słabego kwasu, tym mocnejszy jest kwas słabsza sprzężona z nm zasada. Zasada mocnejsza od OH jest w wodze mocną zasadą; zasady słabsze od OH są w wodze słabym zasadam. Kwas mocnejszy od H O jest w wodze kwasem mocnym; kwasy słabsze od H O są w wodze kwasam słabym. Im wększe jest K b słabej zasady, tym mocnejsza jest zasada słabszy sprzężony z ną kwas Relatve acd strength Very strong Strong Weak Very weak Relatve conjugate base strength Very weak Weak Strong Very strong
Moc kwasów zasad sprzęż ężone pary mocny słaby HClO 4 HI r HCl H SO 4 HNO H O HSO 4 HF H CO H S NH 4 HCO H O NH ClO 4 I Br Cl HSO 4 NO H O SO 4 F HCO HS NH CO OH NH słaba mocna kwas zasada Moc kwasów zasad elektroujemność Im bardzej elektroujemny jest atom centralny, tym mocnejszy jest kwas.
H Ind H O H O Ind Moc kwasów zasad stopeń utlenena HClO 4, chlorowy (VII) HClO, chlorowy (V)v HClO, chlorowy (V) mocny mocny pk a.00 :O: ll :Cl O H : : : :O: ll O Cl O H ll :O: :O: ll :Cl O H ll :O: : : HClO, chlorowy (I) pk a 7.5 :Cl O H : : : : Wskaźnk [ H O H Ind H O H O Ind barwa 1 barwa ph>7 zakres zmany barwy wskaźnka ph K [ H O [ Ind [ H Ind ph [ Ind pk log [ H Ind
15_ H Ind H O H O Ind Wskaźnk [ OH H Ind H O HO Ind barwa 1 barwa zakres zmany barwy wskaźnka ph K [ H O [ Ind [ H Ind ph [ Ind pk log [ H Ind Wskaźnk mocny kwas mocna zasada (t) słaby kwas mocna zasada (t) HO OH O O C OH C C O O (Colorless acd form, HIn) C O O (Pnk base form, In ) mocny kwas słaba zasada (t)
Wskaźnk 15_4 0 1 4 5 6 7 8 9 10 11 1 1 ph Crystal Volet Cresol Red Thymol Blue Erythrosn B,4Dntrophenol Bromphenol Blue Methyl Orange Bromcresol Green Methyl Red Erochrome* Black T Bromcresol Purple Alzarn Bromthymol Blue Phenol Red m Ntrophenol ocresolphthalen Phenolphthalen Thymolphthalen Alzarn Yellow R * Trademark CIBA GEIGY CORP. The ph ranges shown are approxmate. Specfc transton ranges depend on the ndcator solvent chosen. Kwaśne deszcze Surface waters (e.g., lakes and streams) and anmals lvng n them Forests Sol Automotve Coatngs Materals Vsblty Human Health
Kwaśny paper ph > 7.0 ph < 6.6 H O / H