background image

 

1

Teoria elektrolitów mocnych

Wartość stopnia dysocjacji ( jest podstawą klasyfikacji 

elektrolitów. Zgodnie z teorią elektrolitów mocnych 
istnieją dwie klasy elektrolitów.

Elektrolity mocne zawsze posiadają    = 1 

niezależnie

Od ich stężenia i obecności innych elektrolitów.

Elektrolity słabe posiadają  

  
Wartość elektrolitów słabych zależy od stężenia i od

 obecności innych elektrolitów.

background image

 

2

Aktywność molowa

Zauważono, że właściwości stężonych roztworów 

niek-

tórych substancji (szczególnie mocnych elektrolitów) 

nie

Są wprost proporcjonalne do stężenia molowego.

W ramach teorii elektrolitów mocnych zapropono-
wano pojęcie aktywności molowej , nazywaną także
aktywnością roztworu, które w wielu równaniach 

powin-

no zastępować stężenie molowe. 
Jednostką aktywności (a) jest mol/dm

3

.

Aktywność molowa jest efektywnym 

termodynamicznie

(pozornym) stężeniem roztworu przejawiającym się 

w

konkretnych właściwościach fizykochemicznych 

roztworu.

background image

 

3

_

+

Pomiar przewodnictwa (niskie stężenie 

jonów)

+

_

+

-

background image

 

4

_

+

Pomiar przewodnictwa (wysokie stężenie 

jonów)

+

_

+

-

+

_

+

+

_

_

+

background image

 

5

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

M

ol

ar

 c

on

ce

nt

ra

tio

an

ac

tiv

ity

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

Concentration (g/100g)

C
a

background image

 

6

Aktywność zależy od stężenia molowego roztworu, 
lecz nie jest do niego wprost proporcjonalna

a ~ c

a = f · c

gdzie  f  jest współczynnikiem aktywności zależnym od 
siły oddziaływań między cząsteczkami substancji 
rozpuszczonej.

0 ≤ ≤ 1     czyli     0 ≤ a ≤ c 

Aktywność  jest równa molowości tylko w roztworach 
nieskończenie rozcieńczonych (w praktyce o bardzo 
niskim stężeniu), w których f = 1.

background image

 

7

Wartość f zależy od oddziaływań między jonami. 
Im są silniejsze, tym f jest niższy. Wzrost stężenia 
jonów obniża współczynnik aktywności.

Absolutna wielkość ładunku jonów również ma 
wpływ na współczynnik aktywności f.

Np. jony Ca

2+

 wpływają na wartość f w większym 

stopniu niż jony Na

o tym samym stężeniu.

W wielu wzorach i równaniach chemicznych 
zamiast stężenia molowego należy używać 
aktywności.

background image

 

8

Działanie kwasów na szkliwo

Szkliwo ma bardzo niską rozpuszczalność w wodzie 
lecz bardzo dobrą rozpuszczalność w kwasach.

Ca

10

(PO

4

)

6

(OH)

2

  +  20H

+

                 10Ca

2+

  + 6H

3

PO

4

  +  2H

2

O

Reakcja ta jest podstawą kondycjonowania szkliwa 
(trawienia) za pomocą roztworów kwasów 
(fosforowego lub cytrynowego). Mocne kwasy 
rozpuszczają hydroksyapatyt znacznie łatwiej od 
słabych kwasów organicznych. Nie mają jednak 
zdolności do tzw. selektywnej dekalcyfikacji czyli 
wypłukiwania jonów Ca

2+

 z powierzchniowej 

warstwy szkliwa.

 

background image

 

9

Największe znaczenie w technice dentystycznej 
ma 30-50% roztwór kwasu fosforowego. Usuwa 
on w ciągu 1-2 min powierzchniową warstwę 
szkliwa o grubości około 5 µm oraz odwapnia 
szkliwo na głębokość 10-120 µm. 

      Przed trawieniem                        Po trawieniu

background image

 

10

Wytrawianie szkliwa kwasami ma na celu:

- usunięcie osadów,

- wytworzenie zagłębień dla lepszego 

wnikania i wiązania żywic,

- obniżenie napięcia powierzchniowego 

szkliwa w celu łatwiejszego jego zwilżenia,

- zwiększenie powierzchni adhezyjnej.

background image

 

11

Erozja szkliwa

Erozja szkliwa jest procesem jego destrukcji 

zachodzącym

pod wpływem czynników chemicznych takich jak 

kwasy i

związki chelatujące.

Związki chelatujące mają zdolność do wiązania 

kationów

metali (Ca

2+

, Mg

2+

, Zn

2+

 oraz kationy metali 

ciężkich).

Głównymi czynnikami powodującymi erozję szkliwa 

obecne w pożywieniu kwasy organiczne i kwas 

fosforowy.

Kwasy te rozpuszczają HAP, a niektóre z nich 

wytrącają

lub chelatują jony Ca

2+

.

background image

 

12

Kwas

pK

1

pK

2

pK

3

log stałej wiązania jonów Ca

 Octowy

4,7

,2

 Mlekowy

3,9

,4

 Cytrynowy

3,

4,8

6,4

,

3,

4,7

 Fosforowy

2,2

7,

2,2

,4

2,7

6,5

 Winowy

3,0

4,4

0,9

2,8

 Węglowy

6,5

0,3

3,

 
Szczawiow
y

,2

4,3

,8

3

 EDTA

0,7

Najważniejsze kwasy powodujące erozję szkliwa

background image

 

13

CH

3

COOH

H

3

C

C

OH

COOH

H

OH

C

COOH

C

H

2

C

H

2

COOH

COOH

COOH

COOH

OH

H

H

OH

C

O

HO

HO

P

OH

OH

HO

O

octowy

mlekowy

cytrynowy**

szczawiowy*

         winowy**

(jeden z izomerów)

wêglowy*

fosforowy*

COOH

HOOC

* tworzą trudnorozpuszczalne sole,   ** chelatują

background image

 

14

H

2

C

H

2

C

HO

COO

COO

COO

Ca

2+

H

2

C

H

2

C

HO

COO

COOH

COO

Ca

2+

Chelatowanie Ca

2+

 przez cytrynian

pH 4 – 6,5                                           pH > 7 

background image

 

15

Wiązanie jonów wapnia na drodze ich wytrącania 
lub chelatowania ułatwia rozpuszczanie szkliwa i 
przyspiesza jego erozję. Dlatego kwasy wiążące 
wapń są dla szkliwa bardziej niebezpieczne.

Ca

10-x

Me

x

 (PO

4

)

6-y

(CO

3

)

z

(OH)

2-u

F

u

Wysoka zawartość węglanów w szkliwie zwiększa 
jego podatność na erozję, gdyż często obecne w 
pożywieniu słabe kwasy octowy i mlekowy są 
mocniejsze od kwasu węglowego.

background image

 

16

Napój

pH

H

3

PO

4

Kwas 

cytrynow

y

Kwas 

jabłkowy

Inne 

kwasy

Sok 

jabłkowy

3,0 – 3,4

0,2%

0,74%

mlekowy 

0,02%

Cola

2,2 – 2,6 

0,33

0,9%

węglowy

0,5% 

Sok 

grapefrui

t.

3,2 -3,4

21%

0,04%

Sok 

pomarań

.

3,4 – 3,7

1,2%

0,3%

Wino 

czerwon

e

mlekowy 

0,24%

winowy

0,15%

Zawartość kwasów w popularnych napojach

background image

 

17

Najbardziej szkodliwe dla szkliwa są napoje typu 
cola. Posiadają najniższe pH i zawierają 
dwutlenek węgla podstawiający jony fosforanowe 
oraz kwasy: fosforowy i cytrynowy najsilniej 
wiążące wapń.

Szkliwo 

prawidłowe

Szkliwo po 15 min 

ekspozycji na Colę

background image

 

18

Cementy dentystyczne powstające w  wyniku reakcji 

kwasowo-zasadowej

Kwas

Zasada

Cement

H

3

PO

4

ZnO

Cynkowo-

fosforanowy

H

3

PO

4

Szkło glino-

krzemianowe

Krzemianowy*

EBA

ZnO

EBA

Poliakrylowy

ZnO

Cynkowo-poli-

karboksylowy

Poliakrylowy

Szkło glino-

krzemianowe

Szklano-

jonomerowy

background image

 

19

Otrzymywanie cementu cynkowo-

fosforanowego

3ZnO + 2H

3

PO

4

                 Zn

3

(PO

4

)

2

 + 3H

2

O

Otrzymywanie cementu cynkowo-

polikarboksylowego 

Kwas poliakrylowy   (PAA)  n ≈ 200

(

CH

2

     CH     CH

2

     CH

)

n

C

C

O

OH

O

OH

background image

 

20

Otrzymywanie cementu cynkowo-

polikarboksylowego

PAA + nZnO            Zn(poliakrylan)  + nH

2

O

(

CH

2

     CH     CH

2

     CH

)

n

C

O

O

(

CH

2

     CH     CH

2

     CH

)

n

C

O

O

C

O

O

C

O

O

Zn

2+

Zn

2+

Struktura cementu cynkowo-

polikarboksylowego 

background image

 

21

Zn

Zn

Zn

R

R

R

R

R

R

R

R

Zn

Zn

R

R

Zn

Wypełniacz

Uproszczony model cementu cynkowo-
plikarboksylowego
Grupy karboksylowe PAA nie są pokazane.

background image

 

22

Otrzymywanie cementu szklano-

jonomerowego

Cement otrzymuje się w wyniku reakcji PAA ze  
sproszko-wanym szkłem glinowo-krzemianowym. 

Model szkła kwarcowego

Tetraedryczna 

jednostka

podstawowa SiO

4

background image

 

23

Jednostki są powiązane poprzez wspólne 

atomy tlenu

background image

 

24

Szkło kwarcowe

Przestrzenna sieć powiązanych jednostek

O Si O Si O Si O

O

O

O

O

Si

O

O

O

O

O

Si

Si

Si

Si

O

O

O

O

O

O

O

O

O

background image

 

25

O

Al

O Si O

Al

O

O

O

O

O

Si

O

O

O

O

O

Si

Al

Al

Si

O

O

O

O

O

O

O

O

O

Szkło dentystyczne (glinowo-

krzemianowe).

Ładunek ujemny jest zobojętniony przez 
jony Na

+

 oraz Ca

2+. 

W szkłach 

dentystycznych znajduje się

 

dodatek CaF

2

Ten rodzaj szkła reaguje z kwasami np. z 
PAA.

background image

 

26

CaF

2

AlO

3

PAA-COOH +

Ca

2+

F

-

Al

3+

SiO

2

Reakcja rozpoczyna się od ataku kwasu 
poliakrylowego na powierzchnię mikrokuleczek szkła.

background image

 

27

2H   + CaF

2

              Ca

2

  +  2HF

HF  +  H

2

O               F    +   H

3

O

6H   +  AlO

3                

  Al

3

   +  3H

2

O

SiO

4

4

    +  4H               Si(OH)

4

¿el krzemianowy

background image

 

28

PAA-COO

-

Ca

2+

F

-

Al

3+

Żel krzemianowy

Si(OH)

4

Al

3+

Al

3+

Al

3+

Al

3+

Ca

2+

Ca

2+

Ca

2+

F

-

F

-

F

-

PAA-COO

-

PAA-COO

-

Uproszczony model cementu szklano-jonomerowego

background image

 

29

R

R

COO

COO

COO

COO

COO

COO

R

R

COO

COO

COO

COO

COO

COO

R

R

COO

COO

COO

COO

COO

COO

Ca

2+

Ca

2+

Ca

2+

Al

3+

Al

3+

Ca

2+

Al

3+

F

-

F

-

F

-

Uproszczony model cementu szklano-
jonomerowego

background image

 

30

Wpływ czynników chemicznych na 

trwałość cementów stomatologicznych

Cementy są trudno rozpuszczalnymi solami słabych 
kwasów H

3

PO

4

, EBA, eugenol, PAA i podlegają tym 

samym prawom co proste sole nieorganiczne. 

W jamie ustnej cementy narażone są na działanie 
śliny i składników pożywienia. Niektóre z tych 
składników takie jak sól kuchenna i kwasy organiczne 
są szczególnie szkodliwe, ponieważ zwiększają 
rozpuszczalność cementów. 

background image

 

31

Teoria elektrolitów mocnych

Wartość stopnia dysocjacji ( jest podstawą klasyfikacji 

elektrolitów. Zgodnie z teorią elektrolitów mocnych 
istnieją dwie klasy elektrolitów.

Elektrolity mocne zawsze posiadają    = 1 

niezależnie

Od ich stężenia i obecności innych elektrolitów.

Elektrolity słabe posiadają  

  
Wartość elektrolitów słabych zależy od stężenia i od

 obecności innych elektrolitów.

background image

 

32

Równowaga układu: osad soli - roztwór 

nasycony

Równowaga ta jest scharakteryzowana przez pojęcie 
rozpuszczalności (S) oraz iloczynu rozpuszczalności 
K

s

).

Rozpuszczalność dostarcza informacji o wydajności 
rozpuszczania i stosujemy ją zarówno dla 
elektrolitów dobrze rozpuszczalnych jak i trudno 
rozpuszczalnych.

Cementy charakteryzują się bardzo niską 
rozpuszczal-nością, ale w warunkach jamy ustnej nie 
jest możliwe wytworzenie się równowagi między 
cementem i roztworem nasyconym, co powoduje, że 
cement jest bardzo powoli rozpuszczany i 
wypłukiwany.

background image

 

33

Rozpuszczalność (definicje)

Definicja potoczna 
Zdolność substancji do rozpuszczania się. 

Definicja chemiczna 
Masa substancji wyrażona w gramach, która tworzy 
w określonych warunkach (temp. i ciśnienia) 
roztwór nasycony w 100 g danego rozpuszczalnika.
Stosowana jest w katalogach i kalendarzach 
chemicznych w celu charakterystyki właściwości 
danego związku.

Definicja chemiczna 2

Rozpuszczalność (S) jest to stężenie molowe 
nasyconego roztworu danej substancji w 
określonych warunkach (temp. i ciśnienia).

Stosowana do obliczeń.

background image

 

34

Rozpuszczalność zależy od kilku czynników:
- budowy cząsteczek rozpuszczalnika i substancji 

rozpuszczonej;

- temperatury;

- pH;

- obecności w roztworze innych substancji.

background image

 

35

Równowaga układu: osad soli - roztwór 

nasycony

Równowaga ta jest scharakteryzowana przez pojęcie 
rozpuszczalności (S) oraz iloczynu rozpuszczalności 
K

s

).

Rozpuszczalność dostarcza informacji o wydajności 
rozpuszczania i stosujemy ją zarówno dla 
elektrolitów dobrze rozpuszczalnych jak i trudno 
rozpuszczalnych.

Iloczyn rozpuszczalności używany jest do opisu 
układów składających się z trudno rozpuszczalnych 
soli lub wodorotlenków oraz ich roztworów 
nasyconych.

Iloczyn rozpuszczalności wyprowadza się ze stałej 
równowagi dysocjacji elektrolitów

background image

 

36

NaCl               Na   +   Cl

KOH                K    +   OH

CH

3

COONa               Na     +   CH

3

COO

CaCO

3

               Ca

2

    +   CO

3

2

background image

 

37

CaCO

3

              Ca

2

    +   CO

3

2

K =

[

Ca

2+

][

CO

3

2-

]

   

  [

CaCO

3

]

[

CaCO

3

]

 =

[

Ca

2+

][

CO

3

2-

]

[

CaCO

3

]

 = K

s

[

Ca

2+

][

CO

3

2-

]

K

s

 =

poniewa¿ [CaCO

3

] jest sta³e to

background image

 

38

AgCl              Ag

   +   Cl

-

K

s

 =

[

AgCl

] = [

Ag

+

] = [

Cl

-

] = x

czyli  K

s

 = x  x = x

= S

2

[

Ag

+

][

Cl

-

]

gdzie x jest rozpuszczalnoœ

ci¹

Ks charakteryzuje układ i zależy wyłącznie 
od temperatury.

Im wyższa rozpuszczalność tym wyższa wartość 
Ks.

Dla różnych typów elektrolitów zależność 
pomiędzy K

s

 i S jest inna.

background image

 

39

Mg(OH)

2

              Mg

2+ 

   +   2OH

-

[

Mg

2+

][

OH

-

]

2

K

s

 =

[

Mg(OH)

2

]

 =

 [

Mg

2+

]

 = x

        [

OH

-

] = 

2x   

K

s

 =  x  (2x)

2

  = 4x

= 4S

3

background image

 

40

Al(OH)

3

              Al

3+ 

   +   3OH

-

[

Al

3+

][

OH

-

]

3

K

s

 =

[

Al(OH)

3

]

 =

 [

Al

3+

]

 = x

         [

OH

-

] = 

3x

czyli   K

s

 =  x  (3x)

3

  = 27x

4

 = 27S

4

background image

 

41

Rozpuszczalność podobnie jak wydajność reakcji 
zależy nie tylko od temperatury i rodzaju 
rozpuszczalnika lecz także od obecności innych 
elektrolitów w roztworze.

Zn

3

(PO

4

)

2

                   3Zn

2+

  +  2PO

4

3-

PO

4

3-

  +  H

3

O

+

                HPO

4

2-   

+

  

 H

2

O

Obniżanie pH zwiększa rozpuszczalność soli 
słabych kwasów np. cementu cynkowo-
fosforanowego.

background image

 

42

Zn

3

(PO

4

)

2

                   3Zn

2+

  +  2PO

4

3-

Na

3

PO

4

                3Na

+   

+

  

 PO

4

3-

Efekt wspólnego jonu

Efekt mocnych elektrolitów nie mających 

wspólnych jonów z osadem (efekt solny)

NaCl                  Na

+   

+

  

 Cl

-

background image

 

43

0,00001

0,00010

0,00100

0,01000

0,10000

1,00000

S

ol

ub

ili

ty

 (

M

)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

External electrolyte (M)

H

3

O

+

NaCl

Na

2

CO

3

Rozpuszczalność cementu Zn

3

(PO

4

)

2

 zmienia się 

pod wpływem innych elektrolitów

Stężenie molowe dodanego elektrolitu

S

  

Na

3

PO

4

background image

 

44

Wniosek

Pokarmy silnie kwaśne oraz mocno słone 
zwiększają rozpuszczalność cementów 
dentystycznych i obniżają ich trwałość.

background image

 

45

Kwasowość aktualna i potencjalna.

Kwasowość aktualna (wolna) wyraża aktualne 
stężenie jonów wodorowych, które w roztworze 
występują w postaci swobodnych jonów [H

3

O

+

]. 

Kwasowość aktualną można wyznaczyć przez 
pomiar pH roztworu.

Kwasowość potencjalna (ogólna, całkowita) jest 
sumą wolnych jonów wodorowych i protonów 
związanych w cząsteczkach kwasu 
niezdysocjowanego, które w reakcji 
z zasadami ulegają zobojętnieniu. 

Kwasowość potencjalną oznacza się na drodze 
ilościowego zobojętnienia (miareczkowania) 
roztworu kwasu roztworem zasady.

background image

 

46

background image

 

47

Napój 

pH 

Kwasowość 

aktualna

(mol/dm

3

Kwasowość 

potencjalna

(mol/dm

3

 Sok warzywny 

3,9

1,2 x 10

-4

 

0,057 

 Grejpfrut 

rubinowy 

3,8

1,5 x 10

-4

0,129 

 Cytryna + 

limonetka

 

2,8

1,6 x 10

-3

0,133 

 Grejpfrut żółty

3,6

2,7 x 10

-4

0,165 


Document Outline