Sav bázis egyensúlyok vizes oldatban Disszociációs egyensúlyi állandó HAc
H+ + Ac-
ecetsav disszociációja
[H+] [Ac- ] Ksav = ▬▬▬▬▬▬ [HAc]
NH4OH
NH4+ + OH-
[NH4+] [OH-] Kbázis = ▬▬▬▬▬▬ [ NH4OH]
Ammóniumhidroxid disszociációja
10:54
Savak disszociációja vizes oldatban HA
Sav Sósav Kénsav Salétromsav
H+ + A-
Ks ∞ ∞ ∞
[H+] [A- ] Ks = ▬▬▬▬ [HA] pKs Erős savak
Triklórecetsav Ecetsav
3,0*10-1 1,8*10-5
0,52 4,75
Kénessav Szénsav
1,6*10-2 4,4*10-7
1,79 6,37
Gyenge savak
10:54
Bázisok disszociációja vizes oldatban BOH
B+ + OH-
Bázis Kb Nátrium-hidroxid ∞ Lítium-hidroxid ∞ Kálium-hidroxid ∞ Etilamin Ammónia Piridin
6,5*10-4 1,8*10-5 1,8*10-9
[B+] [OH- ] Ks = ▬▬▬▬ [BOH] pKb Erős bázisok
3,19 4,74 4,75
Gyenge bázisok
10:54
Gyenge bázisok disszociációja vizes oldatban B + H2O Bázis Etilamin Ammónia Piridin
B
BH+ + OHKb 6,5*10-4 1,8*10-5 1,8*10-9
[BH+] [OH- ] Ks = ▬▬▬▬ [B] [H2O] pKb 3,19 4,74 4,75
B
BH+
NH3
NH4+
CH3-CH2-NH2
BH+ CH3-CH2-NH3+ B
BH+
10:54
Víz disszociációja és a pH fogalma H2O
H+ + OH-
[H+] [OH-] K = ▬▬▬▬▬▬ [H2O]
[H2O] = konstans Mert az elbomlás mértéke elhanyagolható 1000g / 18(g/mol) = 55,6 mol
Kv = [H+] [OH-] = 10-14 pH = - lg[H+] és pOH = -lg[OH-] pH + pOH = 14
10:54
0 ≤ pH < 7
savas tartomány, savas jelleg a pH csökkenésével nő
pH = 7
semleges oldat
7 < pH ≤ 14
lúgos tartomány, lúgos jelleg nő a pH növekedésével
pKv = pH + pOH = 14,00
10:54
Erős savak és bázisok pH-ja disszociáció – 100% [H+] = [sav]
[OH-] = [bázis]
pH = - lg[H+] = - lg [sav]
[H+] [OH-] = 10-14
[H+] = 10-14 / [OH-]
= 10-14 / [bázis]
pH = - lg[H+] = 14 + lg [bázis]
10:54
Gyenge savak pH-ja HA
H+ + A-
x = [H+] = [A- ] << [HA]
[HA]egyens. ≈ [HA] kiind. = [sav]
[H+] [A- ] [x]2 Ks = ▬▬▬▬ = ▬▬▬▬ [HA] [sav] - x Pl.: ha Ks = 1,8*10-5 és [sav] = 1
x2 + Ks.x - Ks.[sav] =0
[H+] [A- ] Ks = ▬▬▬▬ [HA]
x = [H+] ≈ Ks [sav] x = 0,004243
pH = 2,372
− K s + K s2 + 4 ⋅ K s ⋅ [sav ] x = [H+] = 2
Pl.: ha Ks = 1,8*10-5 és [sav] = 1
x = 0,004234
pH = 2,373 10:54
Többértékű savak disszociációja egyensúly
pKa értéke
H3PO4 ⇌ H2PO4− + H+
pKa1 = 2,15
H2PO4− ⇌ HPO42− + H+
pKa2 = 7,20
HPO42− ⇌ PO43− + H+
pKa3 = 12,37
Ha az egyes pK-k között a különbség kb. négynél több, akkor minden egyes termék önálló savnak tekinthető. A H2PO4− sói kikristályosíthatók, ha az oldat pH-ját kb. 5,5-re állítjuk, A HPO42− sók mintegy 10-es pH-jú oldatból kristályosíthatók ki. 10:54
Többértékű savak disszociációja: szénsav CO2 oldódása vízben: reakció a víz molekulával
H2CO3* „oldott széndioxid”
szénsav dissziciáció
disszociációs állandó 1.
további disszociáció
disszociációs állandó 2.
KHCO3 faktorozás
NaHCO3 szódabikarbóna Na2CO3 mosószóda (lúgos!)
10:54
Karbonát – hidrogénkarbonát egyensúly H2O + CO2 CaCO3 + H2CO3
H2CO3 Ca(HCO3)2
Vízkő képződés Változó keménység Vízkő eltávolítás Cseppkőképződés 10:54
Vizes sóoldatok sav-bázis tulajdonságai Disszociáció A vizes sóoldatok pH értéke sokszor lényeges a korrózió szempontjából Semleges oldatokat képező sók
Erős sav (pl. HCl) + erős bázis (pl.NaOH) NaCl + H2O → NaOH + HCl
+
Na
-
OH
H+
Cl-
Erős sav és erős bázis teljesen disszociál [H+] = [OH-]
pH=7 semleges 10:54
Vizes sóoldatok sav-bázis tulajdonságai Savas hidrolízis Savas oldatokat képező sók Erős sav (pl. HCl) + gyenge bázis (pl.NH4OH) → ammónium-klorid részlegesen disszociál
teljesen disszociál
NH4Cl + H2O → NH4OH + HCl
NH4
+
-
OH
H+
Cl-
[H+] > [OH-]
pH < 7 savas 10:54
Vizes sóoldatok sav-bázis tulajdonságai Savas hidrolízis NH4Cl + H2O → NH4OH + HCl NH4Cl → NH4+ + ClNH4+ + H2O ↔ NH4OH + H+ Kv [NH4OH] [H+ ] [NH4OH] [H+] [OH- ] = ▬▬▬▬▬▬ ▬▬▬▬ = ▬▬▬▬ Kh = ▬▬▬▬▬▬ [NH4+] [OH- ] [NH4+] Kb [NH4+] [OH- ] Kb = ▬▬▬▬▬▬ [NH4OH] NH4OH
NH4+ + OH-
Kv = [H+] [OH-] = 10-14 10:54
Vizes sóoldatok sav-bázis tulajdonságai Lúgos hidrolízis Bázikus oldatokat képező sók Erős bázis (pl. NaOH) + gyenge sav (pl.CH3COOH) → nátrium-acetát részlegesen disszociál
teljesen disszociál
CH3COONa + H2O → CH3COOH + NaOH
CH3COO
-
+
H
[H+] < [OH-]
OH-
Na+
pH > 7 lúgos 10:54
Vizes sóoldatok sav-bázis tulajdonságai Lúgos hidrolízis CH3COONa + H2O → CH3COOH + NaOH CH3COONa → CH3COO- + Na+ CH3COO- + H2O ↔ CH3COOH + OH[HA] [OH- ] [HA] [OH- ] [H+] Kv = ▬▬▬▬ ▬▬▬▬ = ▬▬▬▬ Kh = ▬▬▬▬ [A ] [HA] [H+] Ks [H+] [A- ] Ks = ▬▬▬▬ [HA] HA
H+ + A-
Kv = [H+] [OH-] = 10-14 10:54
Erős sav kiszorítja a gyenge savat sójából CH3COONa + HCl → CH3COOH + NaCl Az oldatba kerülő ionok: HAc
H+ + Ac-
[H+] [Ac- ] Ks = ▬▬▬▬ [HAc] Az oldat összetétele:
CH3COO- + Na+ + H+ + Clecetsav disszociációja
= 1,8*10-5 Na+ + Cl- + CH3COOH
és egy kevés CH3COO- + H+ 1 mólos oldatok esetén ~ gyök(1,8*10-5) = 0,004 mol
10:54
Füstgáz tisztítás SO2 + CaCO3 = CaSO3 + CO2 anhidridre is igaz Kénessav
1,6*10-2
Szénsav
4,4*10-7
CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + H2CO3 H2CO3 = H2O + CO2
el is távozik a rendszerből
de ugyan a foszforsav erősebb sav mint a kovasav H3PO4 előállítása: - lepárlás 1400 – 1600 0C koksz kemencében 2 Ca5(PO4)3F + 5SiO2 + 15C = 9CaSiO3 + CaF2 +15CO+6P P illékony eltávozik a rendszerből > P2O5 > H3PO4 10:54
Sav-bázis indikátorok működése Indikátor-H: egy gyenge sav indikátor-H
Metilvörös
piros színű molekuláris forma
indikátor- + H+
sárga színű ionos forma
Sav hozzáadására az egyensúly balra tolódik: piros lesz az oldat Lúg hozzáadására a (a lúg elfogyasztja a H+ ionokat) az egyensúly jobbra tolódik : az oldat sárga lesz
Semleges állapotban narancs színű az oldat
10:54
Sav-bázis indikátorok
− H+ (+OH−) nincs hosszú konjugált részlet ↓ színtelen
+ H+
több gyűrűre átterjedő konjugált kötések ↓ közeli elektronállapotok Fenolftalein ↓ színes
10:54
Sav-bázis indikátorok
Sav-bázis titrálások
10:54
Sav-bázis indikátorok
10:54
Az eső természetes savassága és a savas eső Természetes savasság: H2O + CO2 → H2CO3 H2O + H2CO3
HCO3− + H3O+
pH ≈ 5, mészkő, vízkő képződése: H2CO3 + CaCO3
Savas eső: SO2 + H2O = H2SO3 SO2 + O3 = SO3 + O2 SO3 + H2O = H2SO4 2NO2 + 2H2O = HNO2 + HNO3
2HCO3− + Ca2+(aq)
10:54
Pufferek Szerepe: pH stabilitás, kompenzálás, kiegyenlítés a külső hatásokkal szemben. Puffer rendszerek pH-ja jelentős mértékben „stabil”, kisebb mennyiségű sav vagy lúg hozzáadásával nem változik számottevően. Puffer kapacitás megadja, hogy a puffer 1 literének pH-ját hány mól HCl csökkenti egy egységgel, ill. hány mól NaOH növeli egy egységgel. 10:54
Puffer rendszerek • Gyenge sav és az erős bázissal alkotott sójának együttese CH3COOH + NaOH→CH3COONa + H2O Ecetsav – nátrium acetát puffer rendszer CH3COOH CH3COONa
10:54
Ecetsav – nátrium acetát puffer rendszer • Savas hatás esetén CH3COO- + Na+ + CH3COOH + H+ → 2CH3COOH + Na+ lényeg: CH3COO- + H+ → CH3COOH • Lúgos hatás esetén CH3COO- + Na+ + CH3COOH + OH- → 2CH3COO- + Na+ + H2O lényeg: CH3COOH + OH- → CH3COO- + H2O 10:54
Ecetsav – nátrium acetát puffer működése HAc
[H
+
H+ + Ac−
[ H ][Ac ] = = 1,8 *10 +
Ks
−
[HAc]
−5
[ [ HAc] sav] ] = K s [Ac- ] = K s [só]
Ha 1 mól ecetsavból és 1 mól nátrium-acetátból készítünk 1 dm3 oldatot akkor a [sav] = 1 és a [só] = 1. [H+] = Ks = 1,8.10-5
pH = 4,75
10:54
Ecetsav – nátrium acetát puffer működése HAc
H+
+ Ac−
[H
+
[ [ HAc] sav] ] = K s [Ac- ] = K s [só]
Ha 1 mól ecetsavból és 1 mól nátrium-acetátból készült 1 dm3 oldathoz 0,1 mól HCl-t adunk akkor a [sav] = 1,1 és a [só] = 0,9 [H+] = 1,8.10-5*
[H ] = 1,8 ⋅10 +
−5
pH = 4,75
[ 1,1] −5 ⋅ = 2,2 ⋅10 [0,9]
pH = 4,66
Ha egy ilyen pH-jú puffert nem tartalmazó oldathoz 0,1 mól sósavat (HCl) adunk akkor az új pH = 1 10:54
Ammóniumhidroxid – ammónium klorid puffer rendszer • Savas hatás esetén NH4+ + Cl- + NH4OH + H+ → 2NH4+ + Cl- +H2O lényeg: NH4OH + H+ → NH4+ + H2O • Lúgos hatás esetén NH4+ + Cl- + NH4OH + OH- → 2NH4OH +Cllényeg: NH4+ + OH- → NH4OH 10:54
Hidrogén karbonát puffer rendszer Egy komponensű puffer: hidrogén karbonát ion − 3
+
HCO + H → H 2 CO3 − 3
−
2− 3
HCO + OH → CO
+ H 2O 10:54
Szervetlen szén rendszer A levegőben lévő CO2 képes a vízbe beoldódni Hogy milyen formában jelenik meg a vízben az a pH-tól függő. - pH < 4,5 → CO2 és H2CO3 - 4,5 < pH < 8,3 → CO2; H2CO3 és HCO3- pH > 8,3 → HCO3- és CO32-
10:54
