A sav és bázis fogalma

5. előadás

A sav és bázis fogalma Arrhenius – Ostwald: sav az a vegyület ami hidrogéniont ad le, bázis pedig ami hidrogén-iont vesz fel. Brönsted – Lowry: a sav protont ad le (proton donor), a bázis pedig protont vesz fel (proton akceptor) A protonátadás során azonban egy újabb sav-bázis pár jön létre: Sav1 + bázis2 = sav2 + bázis 1, pl. HCl + H2O = H3O+ + ClH2O + NH3 = NH4+ + OHA víz amfoter vegyület, viselkedhet savként és bázisként is.

Példák egyensúlyokra, vizes oldatban (elektrolit-egyensúlyok) A szervetlen sók (túlnyomó része) vizes oldatban teljes mértékben (ionokra) disszociál, pl. NaCl → Na+ + ClAl2(SO4)3 → 2 Al3+ + 3 SO42Az „erős” savak és bázisok már híg oldatban is teljes mértékben disszociálnak, pl. HCl + H2O → H3O+ + ClHClO4 + H2O → H3O+ + ClO4Ezek valójában egyirányú folyamatok, csak a körülmények megváltoztatásával fordíthatók meg!

A gyenge savak és bázisok disszociációja közepes, illetve kis koncentrációban csak részleges, ezek valódi egyensúlyi folyamatok. A disszociáció teljességét a disszociációfok (α) jellemzi, ez a disszociált anyagmennyiség aránya a teljes anyagmennyiséghez képest, ( értéke tehát 0 ≤ α ≤ 1) HA + H2O ↔ H3O+ + A- Kd = [H3O+] * [A-]/[HA] Kd = α2 * csav/(1 – α), mert [H3O+] = [A-] =α*csav , és [HA]=csav * (1 - α) pl. CH3COOH + H2O ↔ H3O+ + CH3COO- Kd = 1,8 * 10-5 Gyenge bázis esetében pedig: BOH ↔ B+ + OH- Kd = [B+] * [OH-] / [BOH] pl. NH4OH ↔ NH4+ + OH- Kd = 1,79 * 10-5

Erős sav pH-ja kis, illetve közepes koncentrációban:

pH = - lgCsav Erős bázis esetében pedig pH = 14 + lg[OH-] = 14 + lgCbázis A gyenge sav, illetve gyenge bázis oldatának kémhatása (pH értéke) a disszociáció egyensúlyból számítható ki: Gyenge sav esetén: Kd = [H3O+] * [A-]/[HA], mivel [H3O+]=[A-] és [HA] ≈ Csav

Kd = [H3O+]2 / Csav és pH = -lg[H3O+] = - lgKd/2 – lgCsav/2 Ehhez hasonlóan gyenge bázis esetében:

pH = 14 + lgKB/2 + lgCbázis/2

A víz autoprotolízise

pH = - lg[H3O+]

A szervetlen sók hidrolízise A hidrolízis az oldott anyag és a víz mint oldószer közötti kölcsönhatás (általános esetben szolvolízisről beszélünk). A szervetlen sók, - amint az már elhangzott vízben általában tökéletesen disszociálnak és a folyamat során a bázisnak megfelelő, pozitív töltésű kation, illetve a savmaradéknak megfelelő, negatív töltésű anion képződik. Azonban a gyenge bázis és erős sav sója, valamint erős bázis és gyenge sav sója disszociációja során képződő kation, illetve anion reakcióba lép a vízzel, és hidroxid, illetve oxónium ionok keletkeznek, az eredetileg semleges kémhatás pedig ezzel egyezően lúgossá, illetve savassá válik.

Vegyük a nátrium-acetátot példaként! NaOOCCH3 → Na+ + CH3COO- (teljes disszociáció) CH3COO- + H2O ↔ CH3COOH + OH- (lúgos kémhatás) Erős sav és gyenge bázis sója: pl. Ammónium-klorid NH4Cl → NH4+ + ClNH4+ 2 H2O ↔ NH4OH + H3O+

(teljes disszociáció) (savas kémhatás)

A hidrolízis is egyensúlyi folyamat, ezért felírható rá az alábbi általános reakció alapján:

A- + H2O ↔ HA + OHKh = [HA] * [OH-]/[A-] A disszociációra felírt egyensúlyból adódik:

[HA]/[A-] = Kd/[H3O+], ezt figyelembe véve kapjuk: Kh = [OH-] * [H3O+]/Kd = Kv /Kd Hasonlóképpen gyenge bázis és erős sav sója esetén:

Kh = Kv / KB KB = a gyenge bázis disszociáció-állandója

Gyenge sav erős bázissal képzett sóoldatának kémhatása:

pH = 7 + lgCsó/2 – lgKd/2 Gyenge bázis és erős sav sójának pH értéke pedig:

pH = 7 + lgKB/2 – lgCsó/2

A pufferoldatok egyensúlyai A pufferek olyan oldatok amelyek kémhatása csak rendkívül kis mértékben változik (viszonylag) nagy mennyiségű erős sav, illetve erős bázis hozzáadására, segítségükkel állandó kémhatás (pH) biztosítható. Jellemző módon vagy gyenge savból valamint a gyenge savbak erős bázissal képzett sójából állnak, vagy pedig gyenge bázisból és a gyenge bázisnak erős savval képzett sójából épülnek fel. Hatásmechanizmusuk megértéséhez figyelembe kell vennünk azt az általános szabályt, miszerint a szervetlen sók túlnyomó része vizes oldatban teljes mértékben disszociál.

Vizsgáljuk meg a gyenge sav és ennek egy erős bázissal képzett sójából álló puffer esetében hogyan alakul az elegy kémhatása: A só teljesen disszociál, ezért az ebből származó anion nagy koncentrációja eltolja a gyenge sav disszociációs egyensúlyát a kiindulási anyagok, azaz a disszociálatlan sav forma felé, tehát [A-] ≈ Csó, és [HA] ≈ Csav. Ennek alapján a gyenge sav disszociációs egyensúlyára kapjuk:

Kd = [H3O+] * Csó/ Csav, és [H3O+] = Kd * Csav/ Csó Fogyelembe-véve hogy pH = - lg[H3O+] a puffer-elegy pH-jára az alábbi összefüggést nyerjük:

pH = - lgKd – lgCsav + lgCsó Gyenge bázisból és a gyenge bázis erős savval alkotott sójából álló puffere pedig:

pH = 14 + lgKB + lgCbázis – lgCsó KB : a gyenge bázis disszociáció-állandója

Pufferkapacitás: az erős sav, illetve erős bázis azon mennyisége amely a puffer kémhatását 1 pH értékkel változtatja meg.

Szilárd/gáz

=K4*pCO2

12-10-15

=K2

Általános kémia 2011/2012. I. fé

=K3

18

Boudouard reakció

12-10-15


19

Halmazok, fázisátmenetek gáz -------> folyadék kondenzáció kondenzációs hő folyadék -------> gáz párolgás párolgáshő szilárd -------> folyadék folyadék -------> szilárd

olvadás fagyás

olvadáshő fagyáshő

szilárd --------> gáz gáz --------> szilárd

szublimáció szublimációs hő fagyás fagyáshő

12-09-29


21

12-09-29


22

12-09-29


23

12-09-29


24

12-09-29


25

Szilárd halmazállapot  A szilárd testekben az alkotó részecskéket nagy erők tartják össze állandó térfogat és állandó alak  szerkezetük szerint lehetnek  kristályos anyagok - a felépítő részecskék a test egészében szabályosan, rendezetten helyezkednek el  alaktalan anyagok - a felépítő részecskék csak kis körzetekben helyezkednek el rendezett módon

12-09-29


26

Alaktalan szilárd anyagok  Amorf állapot - a felépítő részecskék elhelyezkedése csak kis körzetekben rendezett  szilárd vagy gyanta jellegű állapot  nincs határozott olvadáspont  nincs jellemző moláris tömeg  üvegszerű anyagok - megdermedt olvadék állapot fizikai tulajdonságok iránytól függetlenek (sok szerkezeti hiba)

Többkomponensű rendszerek Folytonos közegben eloszlatott részecskék diszperz rendszereket alkotnak. A diszperz rendszerek a diszpergált részecskék mérete alapján lehetnek:

homogén – kolloid (mikroheterogén) -és heterogén rendszerek.

12-09-17

30

Homogén rendszerek Oldódás (elegyedés): adott folytonos közegben a részecskék molekuláris mérető eloszlatása (hőmozgás révén) – fizikai oldódás oldat (elegy): két vagy több komponens egyfázisú (homogén) keveréke, - a komponensek nem különböztethetők meg.

12-10-05


31

Egy fázisú rendszer - nincsenek benne határfelületek  elegyek - mindhárom halmazállapotban: egyetlen komponens sem megkülönböztetett a többivel szemben  ideális elegy - az összetevő komponensek megőrzik sajátságaikat - additivitás  reális elegy - a komponensek elkeveredésekor dilatáció vagy kontrakció lép fel  oldatok - a komponensek közül az oldószer mennyisége domináns (folytonos közeg), a többi az oldott anyag Oldhatóság: adott körülmények között (hőmérséklet, nyomás) a telített oldatban az oldott anyag koncentrációja 12-10-05


32

A homogén rendszerek a folytonos közeg és az eloszlatott komponensek halmazállapota szerint lehetnek:

eloszlatott folytonos gáz folyadék szilárd anyag

12-10-05

gáz gázelegy folyadékban oldott gáz szilárd anyagban oldott gáz

folyadék

szilárd

csak kolloid rendszer lehet köd füst folyadék folyadékban elegy oldott szilárd anyag kolloid szilárd oldatok rendszer (ötvözetek) szilárd emulzió


33

• A diszperz (kolloid) rendszerek osztályozása Diszperziós közeg gáz

folyadék

köd

gáz

szilárd

por, füst

folyadék

gáz

gázdiszperziók, habok

folyadék

folyadék

emulzió

folyadék

szilárd

szilárd

folyadék

szol, kolloid oldat, szuszpenzió szilárd emulzió, gél

szilárd

szilárd

ötvözetek, üvegek

12-09-17

Diszpergált anyag

A létrejött rendszer

34

Gázelegyek Ideális elegy - a tulajdonságok additívak Dalton törvénye: a gázelegy nyomása egyenlő az elegyet alkotó gázok parciális nyomásainak összegével – anyagi minőségtől független

p = pA + pB + pC + …= Σ pi Mengyelejev-Clapeyron

pi ·V = ni ·R·T az egyes komponensek nyomása akkora, mintha az adott térfogatot az adott komponens a többi nélkül töltené be 12-10-05


35

Folyadékok elegyedése hasonló szerkezetű (polaritású) folyadékok általában jól oldódnak egymásban (CH-ek, víz és alkoholok) a fémolvadékok azonban nem mindig (Zn és Pb) nem elegyedők: (szén-tetraklorid - víz) mindig két oldatfázis van csekély oldhatósággal korlátozottan elegyedő (fenol - víz) csak meghatározott koncentrációk esetén van homogén oldat korlátlanul elegyedő (etanol - víz, ecetsav - víz) bármilyen arányban keverhető 12-10-05


36

Nem elegyedő folyadékok nem elegyedő ≠ nem oldódó !!! NiCl2

egymásban kis mértékű oldódás elkülönülő homogén fázisok (sűrűség) széles hőmérséklet tartomány T, oC

g/100 cm3 víz

benzol

20

0,175

toluol

16

0,047

n- pentán

16

0,036

kloroform

20

0,822

szén-tetraklorid

25

0,77

H2O

CH2Cl2 12-10-05


l2

37

Többkomponensű, több fázisból álló rendszerek A Gibbs -féle fázis szabály: K + 2 = F + Sz

A többkomponensű, többfázisú rendszerekben a rendszer egészére, és minden egyes komponensre vonatkozóan fennáll az egyensúly. ∆ G = ∆ H – T∆ S = ∆ Go + RT ln K Egyensúlyban: ∆ G = 0 ∆ Go = - RT ln K = - 2,3 RT lg K

µ i = µ io + RT ln xi és µ i(1) = µ i(2) µ io(1) + RT ln xi(1) = µ io(2) + RT ln xi(2) µ io(1) – µ io(2) = ∆ µ io = RT ln (xi(2)/xi(1))

12-10-15


40

12-10-15


41

12-10-15


42

12-10-15


43

12-10-15


44

Elegyek és oldatok Gőzfolyadék egyensúly

Raoult Dalton

12-10-15


45

12-10-15


46

Híg oldatok fagyáspontcsökkenése és forráspont emelkedése Fagyáspont csökkenés ∆ Tfpcs = i ∆ Tfpcs (mB=1) . mB Víz: 1,85; benzol: 5,12 oC

Forráspont emelkedés

∆ Tfpem = j ∆ Tfpcs (mB=1) . mB Víz: 0,52; benzol: 2,53 oC

12-10-15


47

A sav és bázis fogalma

Recommend Documents