background image

Wykład 12 – ELEKTROLITY, KWASY, ZASADY I SOLE

ELEKTROLITY, 

KWASY, ZASADY I 

SOLE

Definicja  elektrolitu,  stopień  dysocjacji,  podział  na  elektrolity  mocne  i 
słabe.  Reakcje  jonów  w  roztworach.  Autodysocjacja  wody,  iloczyn 
jonowy  wody,  pH.  Definicje  kwasów  i  zasad  według  Arrheniusa. 
Reakcje zobojętniania – sole. Chemiczne wskaźniki pH roztworu. 

background image

Wykład 12 – ELEKTROLITY, KWASY, ZASADY I SOLE

Svante August 

Arrhenius

(1859–1927)

Nobel 1903 

Anno 1883

Uniwersytet w Uppsali (Szwecja)

Svante August Arrhenius

Praca doktorska

BADANIA PRZEWODNICTWA 

GALWANICZNEGO ELEKTROLITÓW. 

TEORIA CHEMICZNA 

ELEKTROLITÓW

Problem: ...ani sole, ani woda nie 
przewodzą prądu elektrycznego, 
natomiast roztwory soli w wodzie – 
przewodzą!

Wyjaśnienie zaproponowane przez 

Arrheniusa:

  

Podczas rozpuszczania w wodzie, sole 

rozpadają się na naładowane 

elektrycznie cząstki, nazwane wiele lat 

wcześniej przez Michaela Faradaya, 

„jonami”.

 

Universitas Regia Upsaliensis 

Praca doktorska 

otrzymała ocenę... 

dst

background image

Wykład 12 – ELEKTROLITY, KWASY, ZASADY I SOLE

ELEKTROLITY to substancje które po 

stopieniu lub rozpuszczeniu 
rozpadają się na jony.

DYSOCJACJA ELEKTROLITYCZNA (jonowa) 

to proces rozpadu 
cząsteczek związków 
chemicznych na jony pod 
wpływem rozpuszczalnika. 

Współczesna definicja elektrolitu:

Dysocjacja przebiega w ten sposób, że całkowity ładunek 

jonów dodatnich (KATIONÓW) jest co do wartości 

bezwzględnej równy całkowitemu ładunkowi jonów ujemnych 

(ANIONÓW), co powoduje, że roztwór elektrolitu jest 

elektrycznie obojętny.

background image

Wykład 12 – ELEKTROLITY, KWASY, ZASADY I SOLE

Dlaczego obecne w roztworze kationy (+) i aniony (–) 
nie łączą się z powrotem w obojętne cząsteczki? 

Polarność cząsteczki wody

+

+

μ = 1,85 D

+

Elektroujemności:

χ

H

 = 2,1

χ

O

 = 3,4

O

H

+

μ

μ

μ

H

background image

Wykład 12 – ELEKTROLITY, KWASY, ZASADY I SOLE

+

+

Na

+

Cl

-

Cl

-

Na

+

Na

+

Na

+

Cl

-

Cl

-

Rozpuszczanie NaCl w wodzie

background image

Wykład 12 – ELEKTROLITY, KWASY, ZASADY I SOLE

+

+

Rozpuszczanie NaCl w wodzie

Na

+

Cl

-

Cl

-

Na

+

Na

+

Na

+

Cl

-

Cl

-

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

1. Odrywanie

jonów

od kryształu

2. Hydratacja

jonu

(solwatacja)

background image

Wykład 12 – ELEKTROLITY, KWASY, ZASADY I SOLE

Dlaczego obecne w roztworze kationy (+) i aniony (–) 
nie łącza się z powrotem w obojętne cząsteczki? 

Odp: Jony są izolowane poprzez otaczające je cząsteczki wody (HYDRATACJA)

ENTALPIA (ciepło) ROZPUSZCZANIA

ΔH

rozp.

= ΔH

zr.w.

+ ΔH

hydr.

ΔH

zr.w.

– zrywanie wiązań –

proces

ENDOTERMICZNY

ΔH

hydr.

– hydratacja

tworzenie wiązań –

proces

EGZOTERMICZNY

Zmiana temperatury roztworu 

podczas rozpuszczania:

NH

4

NO

3

LiCl

(H

2

O)

ΔH

hydr.

> ΔH

zr.w.

ΔH

hydr.

< ΔH

zr.w.

background image

Wykład 12 – ELEKTROLITY, KWASY, ZASADY I SOLE

O obecności  jonów w roztworze świadczy jego 

przewodnictwo elektryczne

octu 

duża ilość jonów

Badanie przewodnictwa 0,1 M roztworów wodnych:

cukru

soli kuchennej

Wnioski:

brak jonów

mała ilość jonów

Różne substancje dysocjują w różnym stopniu. 

STOPIEŃ DYSOCJACJ

α = n

o

n

d

liczność cząsteczek które uległy dysocjacji

liczność cząsteczek wprowadzonych do roztworu

=

Wniosek ogólny:

background image

Wykład 12 – ELEKTROLITY, KWASY, ZASADY I SOLE

Elektrolity mocne i słabe

 

podział wg stopnia dysocjacji w niezbyt stężonych roztworach (0,1M i 

mniejsze)

Elektrolity mocne

α = 100% 

dysocjacja całkowita

– MOCNE KWASY:

Przykłady:

Elektrolity słabe

α ≤ 3% 

dysocjacja częściowa, niewielka

HCN , H

2

CO

3

, H

2

S, 

HNO

2

, H

2

SO

3

H

2

SiO

3

, kwasy 

organiczne

Przykłady:

– WSZYSTKIE SOLE

– MOCNE ZASADY:

HCl , HNO

3

NaOH, KOH

– SŁABE KWASY:

NH

3

.H

2

O 

(dawniej NH

4

OH)

– SŁABE ZASADY:

background image

Dla uproszczenia zapisu, zamiast 

H

3

O

+

 

często pisze się tylko 

H

+

+

Wykład 12 – ELEKTROLITY, KWASY, ZASADY I SOLE

WODA jako słaby elektrolit

 

H

2

O  H

+

 + 

OH

 

Samorzutna dysocjacja (autodysocjacja) 
niewielkiej części cząsteczek wody: 

Jon H

+

 łatwo przyłącza się do cząsteczki wody 

tworząc jon oksoniowy (oksonium) H

3

O

+

 

+

H

3

O

+

H

+

 + H

2

 H

3

O

+

Reakcja sumaryczna:

2H

2

 H

3

O

+

 + OH

jon oksoniowy

i prostą reakcję autodysocjacji

Reakcja ODWRACALNA

background image

Wykład 12 – ELEKTROLITY, KWASY, ZASADY I SOLE

WODA jako słaby elektrolit

 

H

2

 H

+

 + OH

 

Samorzutna dysocjacja (autodysocjacja) 
niewielkiej części cząsteczek wody: 

Reakcja ODWRACALNA

W czystej wodzie stężenia 
obydwu jonów wynoszą 
             

1,0·10

−7

 mol/dm

3

[H

+

] = [OH

]= 1,0·10

−7

 

Stała równowagi:

[H

2

O]

[H

+

]

 

· [OH

]

K

=

c

Stężenie „wody w wodzie” 

≈ 55,5 mol/dm

3

 = const.

[H

2

O]

[H

+

]

 

· [OH

]

K

=

c

background image

Wykład 12 – ELEKTROLITY, KWASY, ZASADY I SOLE

WODA jako słaby elektrolit

 

H

2

 H

+

 + OH

 

Samorzutna dysocjacja (autodysocjacja) 
niewielkiej części cząsteczek wody: 

Reakcja ODWRACALNA

W czystej wodzie stężenia 
obydwu jonów wynoszą 
             

1,0·10

−7

 mol/dm

3

[H

+

] = [OH

]= 1,0·10

−7

 

Stała równowagi:

[H

2

O]

[H

+

]

 

· [OH

]

K

=

c

Stężenie „wody w wodzie” 

≈ 55,5 mol/dm

3

 = const.

[H

2

O]

[H

+

]

 

· [OH

]

K

=

c

w

1,0·10

–14

ILOCZYN JONOWY WODY

Iloczyn jest spełniony w czystej wodzie 

i każdym roztworze wodnym

Przykład:

 

Jeżeli stężenie 

[OH

]=10

–2

  

to [H

+

] = K

/ 10

–2 

= 10

–12

 

background image

Wykład 12 – ELEKTROLITY, KWASY, ZASADY I SOLE

Svante Arrhenius:

TEORIA KWASÓW I ZASAD

KWASY

 – substancje od których w roztworze wodnym 

odłącza się jon wodorowy: 

H

+

ZASADY

 – substancje od których w roztworze wodnym 

 odłącza się jon wodorotlenowy: 

OH

Powyższe definicje mają ścisły związek z autodysocjacją wody 
– podwyższają stężenie jednego z produktów tej dysocjacji.

H

2

 H

+

 + OH

 

Jeżeli substancja podwyższa stężenie

KWAS

Jeżeli substancja podwyższa stężenie

ZASADA

HCl, HNO

3

, H

2

SO

4

, H

3

PO

4

NaOH, KOH, Ca(OH)

2

,  

background image

?

Wykład 12 – ELEKTROLITY, KWASY, ZASADY I SOLE

REAKCJE KWASÓW I ZASAD

Dysocjacja

HCl  H

+

 + Cl

HNO

 H

+

 + NO

3

NaOH

 

 Na

+

 + OH

KOH

 

 K

+

 + OH

Zobojętnianie

HCl + NaOH = NaCl + H

2

O

ΔH = –57,27 kJ/mol

HNO

3

 + KOH = KNO

3

 + H

2

O

ΔH = –57,27 kJ/mol

Reagują inne 
kwasy i zasady, 
a ciepło reakcji 
jest jednakowe!

Zobojętnianie z uwzględnieniem dysocjacji

 HCl      +      NaOH  

      

=     NaCl       +  H

2

O

H

+

 + Cl

Na

+

 + OH

Na

+

 + Cl

H

2

O

Mocne elektrolity, α = 1

+

=

+

Słaby elektrolit, α <<< 1

H

+

 + OH

 = H

2

O

ΔH = –57,27 kJ/mol

H

+

 + NO

3

K

+

 + OH

K

+

 + NO

3

H

2

O

+

=

+

H

+

 + OH

 = H

2

O

ΔH = –57,27 kJ/mol

Sukces teorii 

Arrheniusa

(1)

(2)

(1)
(1)

(1)

(2)

(2)

background image

2H

3

PO

4

 + 3Mg(OH)

2

  =  Mg

3

(PO

4

)

2

 + 6H

2

O

Wykład 12 – ELEKTROLITY, KWASY, ZASADY I SOLE

SOLE – 

produkty zobojętniania KWASÓW I ZASAD

HCl  +  NaOH  =  NaCl  
+ H

2

O

2HNO

3

  +  Ca(OH)

2

  =  Ca(NO

3

)

2

  

+  2H

2

O

azotan wapnia

fosforan magnezu

H

3

PO

4

  +  Ca(OH)

2

  = CaHPO

4

  +  

2H

2

O

2H

3

PO

4

  +  Ca(OH)

2

  =  Ca(H

2

PO

4

)

2

  

+  2H

2

O

H

2

SO

4

  +  Ba(OH)

2

  =  BaSO

4

  

+  2H

2

O

siarczan baru

Zobojętnianie niecałkowite kwasów wieloprotonowych – wodorosole

Zobojętnianie całkowite kwasów i zasad

wodorofosforan wapnia

diwodorofosforan wapnia

H

2

SO

4

  +  NaOH  =  NaHSO

4

  

+  H

2

O

wodorosiarczan sodu

chlorek sodu

background image

2HCl  +  Zn  =  ZnCl

2

  

+ H

2

Wykład 12 – ELEKTROLITY, KWASY, ZASADY I SOLE

SOLE – 

produkty zobojętniania KWASÓW I ZASAD

Kwas + tlenek metalu

chlorek cynku

...czy tylko ?

2H

+

 + 2Cl

  +  Zn  =  Zn

2+

 + 

2Cl

  + H

2

2H

+

 +  Zn  =  Zn

2+

 

+ H

2

Kwas + metal

H

2

SO

4

 +  CaO  = CaSO

4

 + 

H

2

O

siarczan wapnia

2H

+

 + SO

4

2−

 +  CaO

(s)

  = 

CaSO

4(s)

 + H

2

O

Tlenek metalu + tlenek niemetalu

CO

2(g) 

+  CaO

(s)

  =  

CaCO

3(s)

węglan wapnia

Sól + sól

2Na

3

PO

4

  +  3Ca(NO

3

)

2

 = Ca

3

(PO

4

)

2(s)

  

+  6NaNO

3

2PO

4

3−

  +  3Ca

2+

 = 

Ca

3

(PO

4

)

2(s)

fosforan 

wapnia

background image

Skala pH 

Małe stężenia podaje się 
jako ujemny logarytm:

pX = –log[X]

pH = –log[H

+

]

Jeżeli X = H

+

 to:

Dzięki równowadze:

H

2

O  H

+

 + 

OH

 

nawet w roztworze 
zasadowym 
( np. 0,1M NaOH) 
są jony H

+

 o stężeniu

[H

+

] = 10

−14

/ 10

−1

= 10

−13

czyli pH=13

K

w

= [H

+

]·[OH

]=10

−14

Wykład 12 – ELEKTROLITY, KWASY, ZASADY I SOLE

pH wybranych substancji naturalnych

1,0 M NaOH

0,1 M NaOH

Woda wapienna Ca(OH)

2

Amoniak NH

3

·H

2

O

Soda Na

2

CO

3

Boraks

Woda morska

Mleko, krew

Deszcz

Kawa, banany

Pomidory

Sok cytrynowy

Ocet, Coca-cola!

Sok żołądkowy

1,0 M HCl

[H

+

] [OH

]

pH


Document Outline