BiolWyklad 051

background image

Rów

now

agi

kwa

sow

o-za

sad

owe

background image

Kwas - substancja odszczepiająca w roztworze wodnym

jony wodorowe

HNO

3

H

+

+ NO

3

Zasada - substancja odszczepiająca jony wodorotlenowe

NaOH → Na

+

+ OH

Pojęcie kwasu i zasady

1. Teoria Arrheniusa:

Kwas - donor protonów
Zasada - akceptor protonów

reakcje kwas zasada - reakcje sprzężonych par:

kwas

1

+ zasada

2

kwas

2

+ zasada

1

2. Teoria Brǿnsteda i Lowry’ego:

background image

wiąże pojęcia kwasu i zasady z przyłączaniem lub
oddawaniem pary elektronów
Kwas - związek będący akceptorem 1 lub więcej par

elektronów

Zasada - związek będący donorem elektronów

Pojęcie kwasu i zasady

3. Teoria Lewisa:

Stanowi uogólnienie poprzednich teorii
Kwas - substancja tworząca z zasadami sole,
odszczepiająca kationy lub przyłączająca elektrony
Zasada - substancja zobojętniająca kwasy,
odszczepiająca aniony lub oddająca elektrony

4. Teoria Usanowicza:

background image

Teoria Brǿnsteda

Jeżeli w roztworze istnieje kwas

1

zdolny do reakcji:

kwas

1

zasada

1

+ proton

HA

A

+

H

+

oraz zasada

2

zdolna do reakcji:

zasada

2

+ proton

kwas

2

B + H

+

BH

+

background image

Teoria Brǿnsteda

To między nimi może zajść reakcja:

kwas

1

+ zasada

2

zasada

1

+ kwas

2

HA + B

A

+ BH

+

Przeniesienie protonu

background image

- zdolne do przyłączania lub oddawania protonów
- zdolne do autoprotolizy:

2 HSo

H

2

So

+

+ So

np:

2 H

2

O

H

3

O

+

+ OH

2 CH

3

COOH

CH

3

COOH

2

+

+ CH

3

COO

Rodzaje rozpuszczalników

1. Rozpuszczalniki protolityczne:

- niezdolne do reakcji z protonem
np:

węglowodory,
pochodne chlorowcowe węglowodorów

2. Rozpuszczalniki aprotyczne:

background image

Podział rozpuszczalników protolitycznych

1a. protonoakceptorowe (protonofilowe):

1b. protonodonorowe (protonogenne)

C

5

H

5

N + H

+

C

5

H

5

NH

+

OHCN(CH

3

)

2

+ H

+

OHCNH(CH

3

)

2

+

NH

3

+ H

+

NH

4

+

bezwodny CH

3

COOH

CH

3

COO

+ H

+

bezwodny HCOOH

HCOO

+ H

+

kwas

1

+ rozp. protonofilowy

zasada

1

+ rozp. w postaci kwasowej

zasada

1

+ rozp. protonogenny

kwas

1

+ rozp. w postaci zasadowej

background image

H

2

O + H

+

H

3

O

+

H

2

O

OH

+ H

+

C

2

H

5

OH + H

+

C

2

H

5

OH

2

+

C

2

H

5

OH

C

2

H

5

O

+ H

+

Podział rozpuszczalników protolitycznych

1c. amfoteryczne (amfiprotyczne):

kwas

1

+ zasada

2

kwas

2

+ zasada

1

HCl

+

H

2

O

H

3

O

+

+

Cl

H

2

PO

4

+

H

2

O

H

3

O

+

+

HPO

4

2−

H

2

O

+

CH

3

NH

2

CH

3

NH

3

+

+

OH

H

2

O

+

Al(H

2

O)

5

OH

2+

Al(H

2

O)

6

3+

+

OH

background image

Podział rozpuszczalników

Innym kryterium podziału rozpuszczalników jest ich
względna przenikalność elektryczna ε (stała dielektryczna)

a) rozpuszczalniki o dużej stałej dielektrycznej ε>40

(np. woda, HCOOH, H

2

SO

4

, amidy)

b) rozpuszczalniki o średniej stałej dielektrycznej 15<ε<40

(np. NH

3

, CH

3

OH, C

2

H

5

OH, (CH

3

)

2

CO )

c) rozpuszczalniki o małej stałej dielektrycznej ε<15

(np. C

5

H

5

N, dioksan, węglowodory i ich

chlorowcopochodne)

dysocjacja praktycznie nie zachodzi

background image

ponieważ wartości [H

2

O] i są stałe (w danej temperaturze):

O

H

2

a

Iloczyn jonowy wody

2 H

2

O

H

3

O

+

+ OH

stechiometryczna (stężeniowa)

termodynamiczna

stała równowagi:

stała równowagi:

2

2

3

'

w

O]

[H

]

][OH

O

[H

K

+

=

2

O

H

OH

O

H

a'

w

2

-

3

a

a

a

K

=

+

stechiometryczna (stężeniowa)

termodynamiczna

stała równowagi:

stała równowagi:

]

][OH

O

[H

K

3

w

+

=

-

3

OH

O

H

a

w

a

a

K

=

+

Iloczyn jonowy wody

Iloczyn jonowy wody

background image

po zlogarytmowaniu równania na K

w

:

Iloczyn jonowy wody

ze względu na duże rozcieńczenie jonów w roztworze :

]

][OH

O

[H

K

3

w

+

=

-

3

OH

O

H

a

w

a

a

K

=

+

- w temperaturze 22

o

C

K

w

=

= 1·10

-14

- w temperaturze 0

o

C

K

w

=

= 0.11·10

-14

- w temperaturze 100

o

C

K

w

= = 49·10

-14

a

w

K

a

w

K

a

w

K

logK

w

= log([H

3

O

+

][OH

])

log(

a·b

)= log

a

+ log

b

logK

w

= log[H

3

O

+

] + log[OH

]

przyjmując -logK

w

= pK

w

oraz -log[H

3

O

+

]=pH i -log[OH

]=pOH otrzymujemy:

pK

pK

w

w

=

=

pH

pH

+

+

pOH

pOH

background image

i analogicznie dla termodynamicznej wartości:

Iloczyn jonowy wody

OH

p

H

p

pK

a

a

a

w

+

=

Ponieważ K

w

= const. w danym rozpuszczalniku i w danej T

- w czystej wodzie (w temp 22

o

C) wynosi K

w

= 1·10

-14

pH

pH

=

=

pOH

pOH

=

=

p

p

a

a

H

H

=

=

p

p

a

a

OH

OH

= 7

= 7

10

1

K

a

a

]

[OH

]

O

[H

7

-

w

OH

O

H

-

3

-

3

=

=

=

=

=

+

+

odczyn roztworu dla którego [H

3

O

+

]=[OH

] nazywa się obojętnym

background image

Iloczyn jonowy wody

gdy [H

3

O

+

] > [OH

] - roztwory kwasowe 0 < pH < 7

(

kwaśne

)

gdy [H

3

O

+

] < [OH

] - roztwory zasadowe 7 < pH < 14

(

alkaliczne

)

background image

Obliczanie pH

Jakie jest pH

a) krwi ludzkiej, w której stężenie jonów H

3

O

+

wynosi 4.0·10

-8

mol/L,

b) 0.015 molowego HCl

?

a) [H

3

O

+

] = 4.0·10

-8

mol/L

pH = -log (4.0·10

-8

) = 7.40

b) [H

3

O

+

] = 0.015 mol/L

pH = -log 0.015 = 1.82

background image

Obliczanie pH

Zadanie

pH soków żołądkowych człowieka wynosi około 1.7. Jakie
jest stężenie jonów H

3

O

+

w żołądku ?

pH = 1.7

[H

3

O

+

] = 10

-1.7

= 0.020 mol/L = 2.0·10

-2

mol/L

Zadanie

pH soku z trzustki, pomagającego trawić pokarm po opuszczeniu
ż

ołądka wynosi 8.2. Jakie jest stężenie jonów [H

+

] w soku z

trzustki?

pH = 8.2

[H

3

O

+

] = 10

-8.2

=6.3·10

-9

mol/L

background image

Kwasy i zasady

W przypadku mocnych kwasów ich dysocjacja w rozcieńczonych
roztworach wodnych jest praktycznie całkowita, a więc mamy do
czynienia z równowagą:

HA

+ H

2

O

A

+ H

3

O

+

pH takiego roztworu zależeć
będzie w praktyce od stężenia
wprowadzonego do roztworu
kwasu

pH = -log c

HA

Uwaga !!!
Oczywiście gdy rozcieńczenie będzie bardzo duże na wartości pH
wpływ będą miały jony H

3

O

+

pochodzące z autodysocjacji wody.

Dla roztworów bardzo stężonych trzeba rozważyć wielkość f.

background image

Obliczanie pH

Zadanie

Obliczyć pH i pOH w roztworze Ba(OH)

2

o stężeniu 2·10

4

mol/L

[OH

] = 2·(2·10

4

) mol/L

pOH= -log (4 ·10

4

) = 3.40

Ba(OH)

2

Ba

2+

+ 2 OH

pH = 14.0 - 3.40 = 10.60

background image

Kwasy i zasady

Gdy zmierzymy pH 0.10 M kwasu octowego okaże się że jest ono
wyższe (mniej jonów H

3

O

+

) od pH zmierzonego dla roztworu HCl.

kwas

zasada

sprzężony

sprzężona

kwas

zasada

możemy uważać

za stałe

CH

3

COOH + H

2

O

H

3

O

+

+

CH

3

COO

Równowagi przeniesienia protonu opisane są stałymi równowagi

O]

COOH][H

[CH

]

COO

][CH

O

[H

K

2

3

3

3

c

+

=

COOH]

[CH

]

COO

][CH

O

[H

K

3

3

3

a

+

=

stała

kwasowości

dla CH

3

COOH K

a

= 1.8·10

-5

pK

a

= 4.75

background image

Kwasy i zasady

Im większa wartość stałej K

a

tym większa jest moc

protodonorowa kwasu (mocniejszy kwas)

Im większa jest wartość stałej zasadowości K

b

tym większa

moc protonoakceptorowa zasady (mocniejsza zasada)

Podobne rozważania można przeprowadzić dla zasad
otrzymujemy wtedy stałą zasadowości K

b

Jak powiązana jest moc kwasu ze sprzężoną z nim zasadą?

Im mocniejszy kwas tym słabsza sprzężona z nim zasada

Im mocniejsza zasada tym słabszy sprzężony z nią kwas

Jak interpretować wartości stałych?

background image

Kwasy i zasady

Rozważmy równowagę przeniesienia protonu do zasady NH

3

K

a

·K

b

= K

w

NH

3

+ H

2

O

NH

4

+

+ OH

oraz równowagę reakcji przeniesienia protonu od kwasu NH

4

+

:

NH

4

+

+ H

2

O

NH

3

+ H

3

O

+

]

[NH

]

][NH

O

[H

K

4

3

3

a

+

+

=

]

[NH

]

][OH

[NH

K

3

-

4

b

+

=

]

][OH

O

[H

]

[NH

]

][OH

[NH

]

[NH

]

][NH

O

[H

K

K

-

3

3

-

4

4

3

3

b

a

+

+

+

+

=

=

Uwaga !!!
ta zależność odnosi się do wszystkich sprzężonych par kwas-zasada

background image

Mocny Kwas

Bardzo Słaba Zasada

jodowodorowy

HI

I

-

jon jodkowy

chlorowy(VII)

HClO

4

ClO

4

-

jon chloranowy(VII)

bromowodorowy

HBr

Br

-

jon bromkowy

chlorowodorowy

HCl

Cl

-

jon chlorkowy

siarkowy(VI)

H

2

SO

4

HSO

4

-

jon wodorosiarczanowy

chlorowy(V)

HClO

3

ClO

3

-

jon chloranowy(V)

azotowy(V)

HNO

3

NO

3

-

jon azotanowy(V)

jon oksoniowy

H

3

O

+

H

2

O

woda

jon wodorosiarczanowy HSO

4

-

SO

4

2-

jon siarczanowy

fluorowodorowy

HF

F

-

jon fluorkowy

azotowy(III)

HNO

2

NO

2

-

jon azotanowy(III)

octowy

CH

3

COOH

CH

3

COO

-

jon octanowy

węglowy

H

2

CO

3

HCO

3

-

jon wodorowęglanowy

siarkowodorowy

H

2

S

HS

-

jon wodorosiarczkowy

jon metyloamoniowy

CH

3

NH

3

+

CH

3

NH

2

metyloamina

woda

H

2

O

OH

-

jon wodorotlenowy

amoniak

NH

3

NH

2

-

jon amidkowy

wodór

H

2

H

-

jon wodorkowy

metan

CH

4

CH

3

-

anion metylowy

jon wodorotlenkowy

OH

-

O

2-

jon tlenkowy

Bardzo Słaby Kwas

Mocna Zasada

background image

Obliczanie pH (mocny kwas + mocna zasada)

Zadanie

Do 100 ml roztworu HCl o pH = 0.3 dodano 100 ml 1% ługu sodowego.
Obliczy

ć

pH roztworu.

H

+

+ Cl

+ Na

+

+ OH

Na

+

+ Cl

+ H

2

O

obliczamy ilości moli H

+

i OH

-

pH

HCl

= 0.3

[H

3

O

+

] = 10

-0.3

= 0.5 mol/L

mol

0.05

5mol/L

.

L

.

n

O

H

3

=

=

+

0

100

0

pH= - log0.125 = 0.9

0.125mol/L

0.200L

0.025mol

0.100L

0.100L

0.025mol

-

0.050mol

v

v

n

-

n

]

O

[H

-

3

-

3

OH

O

H

OH

O

H

3

=

=

+

=

+

=

+

+

+

1% NaOH

w 100 g roztworu znajduje się 1 g NaOH

mol

0.025

40g/mol

1g

n

NaOH

=

=

background image

pH roztworów słabych kwasów i zasad

Aby wyznaczyć pH roztworu słabego kwasu musimy
rozważyć równowagę pomiędzy tym kwasem HA a
sprzężoną z nim zasadą A

-

:

Jeśli dysocjacja cząsteczek HA jest jedynym źródłem jonów H

3

O

+

i jonów A

to:

HA + H

2

O

H

3

O

+

+ A

[HA]

]

][A

O

[H

K

-

3

a

+

=

[H

3

O

+

] = [A

]

stężenie zaś niezdysocjowanego kwasu:

[HA] = c

HA

- [H

3

O

+

]

c

HA

- całkowite stężenie

rozpuszczonego kwasu

stosunek liczby (lub st

ęż

enia) cz

ą

steczek zdysocjowanych

do liczby (st

ęż

enia) wszystkich cz

ą

steczek wprowadzonych

do roztworu nosi nazw

ę

stopnia dysocjacji

α

c

]

O

[H

HA

3

+

=

α

!!!

background image

pH roztworów słabych kwasów i zasad

Po podstawieniu tych danych do równania na stałą
dysocjacji kwasowej:

po przekształceniu otrzymujemy równanie kwadratowe:

]

O

[H

-

c

]

O

[H

[HA]

]

][A

O

[H

K

3

HA

2

3

-

3

a

+

+

+

=

=

[H

3

O

+

]

2

+ K

a

[H

3

O

+

] - K

a

c

HA

= 0

którego rozwiązanie pozwala nam znaleźć wartości [H

3

O

+

]

wzór do wykorzystania dla dowolnych roztworów słabych
kwasów za wyjątkiem roztworów bardzo rozcieńczonych

2

c

K

K

K

-

]

O

[H

HA

a

2
a

a

3

4

+

+

=

+

background image

pH roztworów słabych kwasów i zasad

Jeżeli kwas jest słabo zdysocjowany -
ubytek stężenia formy niezdysocjowanej względem
całkowitego stężenia nie przekracza 5% wówczas:

a zatem :

c

]

O

[H

K

HA

2

3

a

+

=

[HA] ≅ c

HA

lub w postaci logarytmicznej:

c

K

]

O

[H

HA

a

3

=

+

HA

a

c

log

2

1

pK

2

1

pH

=

background image

pH roztworów słabych kwasów i zasad

mamy tu więc inne kryterium
stosowalności uproszczonego
wzoru na obliczanie stężenia
jonów [H

3

O

+

]

gdy:

[H

3

O

+

] = [A

] ≤ 0.05 c

HA

wówczas dla równania :

]

O

[H

-

c

]

O

[H

K

3

HA

2

3

a

+

+

=

otrzymujemy zależność:

400

K

c

a

HA

background image

pH roztworów słabych kwasów i zasad

Zadanie
Obliczyć pH roztworu kwasu mlekowego o stężeniu 0.20 mol/L,
wiedząc że K

a

tego kwasu wynosi 8.4·10

-4

.

pH=-log[H

3

O

+

] = -log0.0126 = 1.90

!!!

sprawdzamy który z wzorów możemy zastosować:

0.20

K

c

a

HA

238

10

4

.

8

4

=

=

wartość < 400 tak więc musimy
zastosować pełne równanie

0126

.

0

2

4

=

=

+

+

=

+

0.0251

2

0.20

10

8.4

)

10

(8.4

10

8.4

-

]

O

[H

4

-

2

4

-

4

-

3

background image

pH roztworów słabych kwasów i zasad

Zadanie
Obliczyć pH oraz stopień dysocjacji pirydyny w jej roztworze o
stężeniu 0.20 mol/L. K

a

(

C

5

H

5

NH

+

)=2.3·10

-9

.

pH=pK

w

- pOH= 14-3.03=10.97

!!!

sprawdzamy który z wzorów możemy zastosować:

0.20

K

c

b

B

4

6

10

7

.

4

10

3

.

4

=

=

wartość >> 400 tak więc możemy
zastosować uproszczone równanie

4

10

3

.

9

.

4

=

=

10

3

0.20

]

[OH

6

-

pOH= -log(9.3·10

-4

)=3.03

%

47

.

0

%

100

10

3

.

4

=

=

=

0.2

9

c

]

[OH

B

α

K

a

·K

b

=K

w

6

9

14

a

w

b

10

4.3

10

2.3

10

K

K

K

=

=

=

background image

pH roztworów mieszanin

W mieszaninie kwasów o pH decyduje stężenie H

3

O

+

z

najmocniejszego kwasu

!!!

Oczywiście stwierdzenia te są słuszne dla układów

znacznie różniących się od siebie wartościami pK

a

i o

podobnych stężeniach.

!!!

W mieszaninie zasad o pH decyduje stężenie OH

z

najmocniejszej zasady


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
BiolWyklad 051
BiolWyklad 051
p13 051
EnkelNorskGramatik 051
mat bud 051 (Kopiowanie) (Kopiowanie)
P30 051
04 2005 051 055
Datasheet ML15 051
p10 051
p38 051
Informator techniczny Wonderware 051
p12 051
P24 051
oprac ug0513 (2)
p43 051
P27 051
p03 051
p08 051
p09 051

więcej podobnych podstron