Kémiai alapismeretek 6. hét

Homogén egyensúlyok biner gyenge elektrolit vízionszorzat sav-bázis elméletek erős elektrolit

Kémiai alapismeretek 6. hét

gyenge elektrolit 1. példa 2. példa Többértékű savak/bázisok Sók oldása vízben 1. példa

Pufferek

Horváth Attila Pécsi Tudományegyetem, Természettudományi Kar, Kémia Intézet, Szervetlen Kémiai Tanszék

2013. október 7-11.

1/15

c 2013/2014 I. félév, Horváth Attila

Heterogén egyensúlyok

Homogén egyensúlyok

Homogén egyensúlyok biner gyenge elektrolit

I

Egyensúly: Az az állapot, ahol a két irányba lejátszódó folyamatok sebessége egyenlő.

vízionszorzat sav-bázis elméletek erős elektrolit gyenge elektrolit 1. példa

I

Homogén egyensúly: Olyan egyensúly, amelyben a résztvevő anyagfajták mindegyike egy fázisban van.

2. példa Többértékű savak/bázisok Sók oldása vízben 1. példa

I

I

Elektrolitok azok a vegyületek, amelyek oldatban vagy olvadék állapotukban ionjaikra esnek szét. Disszociáció fok: A szétesés mértéke. Def.: α=

2/15

disszociált molekulák száma eredeti molekulák száma

I

Erős elektrolit: Teljes disszociáció, azaz α=1. Pl.: HCl, NaOH, NaCl, K2 SO4 , stb.

I

Gyenge elektrolit: Csak részleges a disszociáció, azaz α < 1. Pl.: CH3 COOH, NH3 , H2 PO− 4 , stb.


Pufferek Heterogén egyensúlyok

Biner gyenge elektrolit +

−

MA M + A

[M+ ][A− ] Kd = [MA] +

vagy Kd =

Homogén egyensúlyok biner gyenge elektrolit vízionszorzat sav-bázis elméletek erős elektrolit gyenge elektrolit 1. példa

−

[M ][A ] [MA]c0

2. példa Többértékű savak/bázisok Sók oldása vízben 1. példa

Kiindulás Változás Egyensúly

MA c -x c-x

M+ 0 +x x

+

A−

Pufferek

0 +x x


Mivel α=x/c −→ Ostwald-féle hígítási törvény: [M+ ][A− ] x2 cα2 Kd = = = [MA] c−x 1−α 3/15


1000 g

I I

nH O 18 g/mol Tiszta vízben: [H2 O]= 2 = =55,55 M (áll.!) V 1 dm3 H2 O autoprotolízise:

Homogén egyensúlyok biner gyenge elektrolit vízionszorzat sav-bázis elméletek erős elektrolit

H2 O H+ + OH−

gyenge elektrolit 1. példa 2. példa

I

Alkalmazva a tömeghatás törvényét (+Kv =Kd [H2 O] állandó):

Többértékű savak/bázisok Sók oldása vízben 1. példa

Kd =

4/15

[H+ ][OH− ] [H2 O]

[H2 O]áll.

−→

Pufferek

Kv = [H+ ][OH− ](vízionszorzat)

I

Definíció: pH=−log[H+ ] és pOH=−log[OH− ] .

I

Így: pKv =pH+pOH (!!!)

I

Ha Kv =10−14 −→ pKv =14 −→ 14=pH+pOH

I

Savas az oldat, ha [H+ ]>[OH− ]; lúgos ha [OH− ]>[H+ ].

I

Semleges az oldat, ha [H+ ]=[OH− ].

T =25 ◦ C



Homogén egyensúlyok biner gyenge elektrolit vízionszorzat sav-bázis elméletek

Sav-bázis elméletek

erős elektrolit gyenge elektrolit

Lavoisier Arrhenius Brönsted Lowry Lewis

5/15

Sav savanyú O-tartalmú vízben oldva [H+ ] nő proton leadás e− -pár akceptor (BF3 )


Bázis keserű vízben oldva [OH− ] nő proton felvétel e− -pár donor (NH3 )

1. példa 2. példa

sav+bázis=só HCl (sav?) benzolban ? partnerfüggő BF3 (?) akvakomplexek

Többértékű savak/bázisok Sók oldása vízben 1. példa



I

6/15

Erős elektrolit: Teljes disszociáció. [H+ ] erős sav 0,1M HClO4 0,1 M erős bázis 0,1M NaOH erős sav 10−8 M HNO3 10−8 M ??

vízionszorzat sav-bázis elméletek

[OH− ] 0,1 M

pH 1 13 8 ??

I

− −8 M Töltésmérleg: [H+ ]=[OH− ]+[NO− 3 ], de [NO3 ]=10 (teljes disszociáció).

I

Kv =[H+ ][OH− ]=[H+ ]([H+ ]-10−8 ), ha Kv =10−14 , akkor

I

Másodfokú egyenlet: (csak a pozitív megoldás értelmes) [H+ ]=1,05·10−7 M −→ pH=6,98 (savas!!)


erős elektrolit gyenge elektrolit 1. példa 2. példa Többértékű savak/bázisok Sók oldása vízben 1. példa


I

gyenge elektrolit: Részleges disszociáció

kiindulás reagál egyensúly I

I I I

I 7/15

HA c -x c-x

A− + H + +x x

+x x

B+H2 O c -x c-x

=x2 /(c-x)

Homogén egyensúlyok

BH+ + OH−


vízionszorzat sav-bázis elméletek erős elektrolit

+x x

+x x

Tömeghatás törvény: Kd −→ x-re másodfokú 2 egyenlet. Átrendezve: x +Kd x-Kd c=0 q −Kd ± K2d + 4cKd x1,2 = 2 A két megoldás közül csak a pozitívnek van értelme. x2 Alternatív megoldás: Ha cx , akkor Kd = −→ c √ x1,2 =± Kd · c Csak pozitív megoldás lehet jó!!

biner gyenge elektrolit

gyenge elektrolit 1. példa 2. példa Többértékű savak/bázisok Sók oldása vízben 1. példa


1. példa: Számítsa ki az 1.) 0,1 M és a 2.) 0,0001 M ecetsav oldatok pH-ját! Kd (ecetsav)=2·10−5 . 1

I I

I

I

2

I I

I

I

8/15

2 −5 −5 Másodfokú egyenlet: p x +2·10 x-2·10 ·0,1=0 −5 −5 2 −2 · 10 ± (2 · 10 ) − 4 · 0, 1 · (−2 · 10−5 ) x1,2 = = 2 −3 1,40·10 vagy negatív −→ pH=2,85 . √ √ Alternatív: x1,2 =± Kd · c= 2 · 10−6 =1,40·10−3 −→ pH=2,85 . Működik az egyszerűsített formula, mert cx, azaz 0,11,40·10−3

Másodfokú egyenlet:x2 +2·10−5 x-2·10−5 ·0,0001=0 p −2 · 10−5 ± (2 · 10−5 )2 − 4 · 0, 0001 · (−2 · 10−5 ) x1,2 = = 2 3,58·10−5 vagy negatív −→ pH=4,45 . √ √ Alternatív: x1,2 =± Kd · c= 2 · 10−9 =4,47·10−5 −→ pH=4,35 . Már nem működik tökéletesen!


Homogén egyensúlyok biner gyenge elektrolit vízionszorzat sav-bázis elméletek erős elektrolit gyenge elektrolit 1. példa 2. példa Többértékű savak/bázisok Sók oldása vízben 1. példa


Homogén egyensúlyok biner gyenge elektrolit vízionszorzat sav-bázis elméletek

2. példa: Mekkora a 0,0001 M NH3 oldat pH-ja, ha Kd (NH3 )=1,8·10−5 és Kv =1,14·10−14 ? Megoldás: I

Másodfokú

egyenlet:x2 +1,8·10−5 x-1,8·10−5 ·0,0001=0

I x=[OH− ]=3,44·10−5 I I

9/15

M Kv 1, 14 · 10−14 [H+ ]= = =3,31·10−10 −→ pH=9,48 [OH− ] 3, 44 · 10−5 Vigyázat pH+pOH6=14 (!!)


erős elektrolit gyenge elektrolit 1. példa 2. példa Többértékű savak/bázisok Sók oldása vízben 1. példa


Többértékű savak: Többlépcsős protonleadás: + H3 PO4 H2 PO− 4 +H

K1

H2 PO− 4

K2

HPO2− 4

HPO2− 4

PO3− 4

+

+H

+

+H

Homogén egyensúlyok biner gyenge elektrolit vízionszorzat sav-bázis elméletek erős elektrolit gyenge elektrolit

K3

1. példa 2. példa Többértékű savak/bázisok Sók oldása vízben 1. példa

I I I

K1 >K2 >K3 (Elektrosztatika!) [H+ ]3 [PO3− 4 ] =K1 K2 K3 Bruttó folyamat: K= [H3 PO4 ] Saverősség nő K növekedésével.

I

amfoter elektrolit: képes proton felvételre és leadásra is. − Pl.: HCO− 3 , H2 PO4 , stb.

I

Konjugált sav-bázis pár: A pár két tagja között csak egy H+ vagy OH− különbség van.

I

HCl erős sav ↔ Cl− gyenge bázis KOH erős bázis ↔ K+ gyenge sav

10/15




só NaCl

kation Na+

anion Cl− gyenge bázis

CH3 COONa

gyenge sav Na+

kémhatás

vízionszorzat sav-bázis elméletek

semleges

erős elektrolit gyenge elektrolit

CH3 COO−

1. példa

CH3 COO− +H2 O

2. példa

lúgos

Sók oldása vízben

1. példa

CH3 COOH+OH−

NH4 Cl

gyenge sav NH+ 4

erős bázis Cl−

H2 O

NH3 +H3 O+

11/15

gyenge bázis



NH+ 4+

erős sav

Többértékű savak/bázisok

savas

1. példa: Számítsa ki a 0,01 M-os nátrium-acetát oldat pH-ját, ha tudja, hogy Kd (CH3 COOH)=2·10−5 és Kv =1,1·10−14 ! Homogén egyensúlyok

Megoldás: I

I

I I I I I 12/15

Tömeghatás törvénye: CH3 COO− + H2 O CH3 COOH + OH− [CH3 COOH][OH− ] [CH3 COOH]Kv Kv Kh = = = + = − − [CH3 COO ] [H ][CH3 COO ] Kd 5, 5 · 10−10 − − Kiindulás Változás Egyensúly

CH3 COO + H2 O 0,01 M -x 0,01-x

CH3 COOH + OH 0 0 +x +x x x

x2 0, 01 − x −12 =0 x2 +5,5·10−10 x-5,5·10p −10 −5, 5 · 10 ± (5, 5 · 10−10 )2 + 4 · 5, 5 · 10−12 x1,2 = 2 Fizikailag értelmes megoldás: x=2,34·10−6 M =[OH− ] Kv =4,69·10−9 M −→ pH=8,33 [H+ ]= [OH− ]

Kh =5,5·10−10 =


biner gyenge elektrolit vízionszorzat sav-bázis elméletek erős elektrolit gyenge elektrolit 1. példa 2. példa Többértékű savak/bázisok Sók oldása vízben 1. példa


I

I

I

I

Pufferek: Egy gyenge sav és annak erős bázissal alkotott sójának vagy egy gyenge bázis és annak erős savval alkotott sójának együttese. Pl.: (HAc+NaAc vagy NH3 +NH4 Cl) CH3 COOH CH3 COO− + H+ Kiindulás csav csó Változás −x +x x Egyensúly csav −x csó +x x csó x (csó + x)x ≈ , ha xcsó , csav Kd = (csav − x) csav csav csav [H+ ]=x=Kd −→ pH=pKd −log csó csó csó

I

Bázikus puffer esetén: pH=pKv −pKd −log

I

pH szabályozás: sav/só arány vagy só/bázis arány

I

Alkalmazás sav/lúg hozzáadás tompítása.

13/15


cbázis

Homogén egyensúlyok biner gyenge elektrolit vízionszorzat sav-bázis elméletek erős elektrolit gyenge elektrolit 1. példa 2. példa Többértékű savak/bázisok Sók oldása vízben 1. példa


Homogén egyensúlyok biner gyenge elektrolit vízionszorzat

I

Példa: 0,1 M NaAc és 0,1 M HAc oldat 0, 1 (Kd (HAc)=2·10−5 : pH=pKd −log =4,70 0, 1

sav-bázis elméletek erős elektrolit gyenge elektrolit 1. példa 2. példa Többértékű savak/bázisok

1 dm3 oldat pHkezd +0,01 mol sav pHúj ∆pH H2 O 7 0,01 M 2 -5 −5 0,1M HAc/ 4,70 2·10 ·0,11/0,09 4,61 -0,09 0,1M NaAc I Alkalmazás: vér pH-ja 7,35 és 7,45 között van. Ezt a − 2− H2 CO3 /HCO− 3 és a H2 PO4 /HPO4 pufferek tartják fenn.

14/15


Sók oldása vízben 1. példa


Homogén egyensúlyok biner gyenge elektrolit vízionszorzat


sav-bázis elméletek erős elektrolit gyenge elektrolit 1. példa 2. példa

I AgCl(sz) Ag+ (aq)+Cl− (aq) I I

Többértékű savak/bázisok Sók oldása vízben

[Ag+ ][Cl− ] Tömeghatás törvénye: K= [AgCl] szilárd anyagok koncentrációja állandó (ezt a meglevő szilárd fázis biztosítja) −→ beolvasztható a K-ba.

I

L=[Ag+ ][Cl− ], ahol L az oldhatósági szorzat.

I

Általánosan Aa Bb aA + bB

15/15


L = [A]a [B]b

1. példa


Kémiai alapismeretek 6. hét

Recommend Documents