CHEM:Równowagi kwasowo-zasadowe
1
CHEM:Równowagi kwasowo-zasadowe
Kwasy i zasady
" Teoria protonowa (Brłnsteda i Lowry ego) definiuje kwasy jako donory protonu, a zasady jako akceptory protonu
i postuluje, że reakcje kwas-zasada są reakcjami sprzężonymi
kwas1 + zasada2 "! zasada1 + kwas2,
HA + B "! AÅ» + BH+.
" Kwas HA i odpowiadająca mu zasada AŻ stanowią sprzężoną parę (podobnie zasada B i kwas BH+):
HNO3 "! NO3Å» + H+,
HCO3Å» + H+ "! H2CO3.
Rola rozpuszczalnika
" Rozpuszczalniki protolityczne (zdolne do autoprotolizy) i aprotonowe.
" Do grupy rozpuszczalników protolitycznych zalicza się:
" protonoakceptorowe (protonofilowe), które łatwo przyłączają protony
C5H5N + H+ "! C5H5NH+ (pirydyna)
" protonodonorowe (protonogenne), które łatwo oddają protony
HCOOH "! HCOOŻ + H+ (bezwodny kwas mrówkowy)
" amfoteryczne (amfiprotyczne), które w zależności od warunków reakcji mogą przyłączać lub oddawać
elektrony (np. woda lub etanol):
H2O "! OHÅ» + H+,
H2O + H+ "! H3O+,
C2H5OH "! C2H5OÅ» + H+,
C2H5OH + H+ "! C2H5OH2+.
Dysocjacja wody
" Woda jest bardzo słabym elektrolitem dysocjującym zgodnie z równaniem:
H2O "! H+ + OH-
" Stała dysocjacji wody jest wyrażona równaniem:
" Stężenie wody przyjmuje się za wielkość stałą (55,5 mol/dm3), ponieważ liczba zdysocjowanych
cząsteczek jest znikomo mała w porównaniu do ogólnej liczby cząsteczek wody.
" Iloczyn jest wielkością stałą (w stałej temperaturze), tak więc iloczyn [H+][OHŻ] ma również stałą
wartość i nazywa się iloczynem jonowym wody:
" Iloczyn jonowy wody określa zależność między stężeniami H+ i OHŻ w wodnych roztworach kwasów i zasad, w
czystej wodzie
CHEM:Równowagi kwasowo-zasadowe
2
" W wyrażeniach na stałe równowagi reakcji jonowych można się posługiwać wartościami stężeń tylko w
przypadku rozcieńczonych roztworów, ponieważ wtedy stężenia są bliskie aktywnościom (niska siła jonowa).
" W roztworach elektrolitów o wysokiej sile jonowej należy uwzględnić współczynniki aktywności. Stałe
równowagi reakcji wyrażone za pomocą aktywności nazywają się stałymi aktywnościowymi lub
termodynamicznymi
SÅ‚abe kwasy i zasady
" Słabe kwasy są w roztworach wodnych częściowo zdysocjowane
HA + H2O Ô! H3O+ + AÅ» lub HA Ô! H+ + AÅ»
" Stan równowagi określa wartość stałej dysocjacji
" Jeżeli stężenie molowe kwasu HA wprowadzonego do roztworu oznaczy się jako , to stężenie części
zdysocjowanej wynosi
a stężenie niezdysocjowanego kwasu
" Podstawiając otrzymane zależności do wyrażenia na stałą dysocjacji otrzymuje się związek między stałą i
stopniem dysocjacji
a otrzymane po przekształceniu równanie kwadratowe
pozwala obliczać stopień dysocjacji słabego kwasu, jeżeli znane jest jego stężenie molowe.
" Gdy stopień dysocjacji jest bardzo mały (a<0,05), to wyrażenie na stałą dysocjacji można uprościć do postaci
wówczas .
Skala pH
" W roztworach kwasów i zasad konieczne jest określanie stężenia jonów H+ i OHŻ.
" W celu określania kwasowości czy zasadowości roztworów wodnych wprowadzono skalę pH opartą na
wartościach ujemnych logarytmów z wartości stężenia molowego jonów wodorowych (lub aktywności):
" roztwory kwasowe pH < 7
" roztwory obojętne pH = 7
" roztwory alkaliczne pH > 7
" Znajomość pH roztworu pozwala również określać pOH i stężenie jonów OHŻ, korzystając z zależności
,
.
CHEM:Równowagi kwasowo-zasadowe
3
Oblicznie pH słabego kwasu
" Wychodząc z wyrażenia na stałą dysocjacji słabego kwasu HA
zakłada się, że , a stężenie niezdysocjowanego kwasu .
" Po podstawieniu do wyrażenia na stałą dysocjacji otrzymuje się zależność
która prowadzi do równania kwadratowego
Obliczanie pH słabej zasady
" Proces dysocjacji słabej zasady
B + H2O Ô! BH+ + OHÅ»
opisuje stała dysocjacji zasadowej
,
zakładając, że oraz otrzymujemy zależność
.
" Stężenie jonów OHŻ oblicza się z równania kwadratowego
.
Przykłady obliczeń
Zadanie 1
Stopień dysocjacji jednoprotonowego kwasu wynosi 46% w roztworze wodnym o pH = 3. Oblicz stałą
dysocjacji.
RozwiÄ…zanie
Wartość pH określa stężenie jonów wodorowych Znajomość pH oraz pozwala obliczyć
początkowe stężenie kwasu z definicji stopnia dysocjacji
Podstawiając te wartości do wzoru na stałą dysocjacji otrzymamy
CHEM:Równowagi kwasowo-zasadowe
4
Zadanie 2
Oblicz stopień dysocjacji oraz pH roztworu kwasu octowego o stężeniu 0,2 mol/dm3.
RozwiÄ…zanie
Stopień dysocjacji obliczamy korzystając z równania kwadratowego
Stężenie jonów wodorowych obliczamy z zależności
Zadanie 3
Obliczyć pH roztworu kwasu mrówkowego o stężeniu ( stała dysocjacji ).
RozwiÄ…zanie
Korzystamy z równania kwadratowego:
pH = 3,48
Reakcje hydrolizy
Hydrolizą nazywamy równowagi protolityczne ustalające się po rozpuszczeniu w wodzie soli:
" słabego kwasu i mocnej zasady (np. octan sodu),
" mocnego kwasu i słabej zasady (np. chlorek amonowy),
" słabego kwasu i słabej zasady (np. octan amonowy).
" Sole te są w roztworach wodnych całkowicie zdysocjowane, a jony słabych kwasów lub słabych zasad reagują z
cząsteczkami wody, zgodnie z równaniami
CH3COONa CH3COOÅ» + Na+
CH3COOÅ» + H2O Ô! CH3COOH + OHÅ»
NH4Cl NH4+ + ClÅ»
NH4+ + H2O Ô! :NH3 + H3O+
CHEM:Równowagi kwasowo-zasadowe
5
CH3COONH4 CH3COOÅ» + NH4+
CH3COOÅ» + H2O Ô! CH3COOH + OHÅ»
NH4+ + H2O Ô! NH3 + H3O+
" W wyniku reakcji hydrolizy pH wodnych roztworów soli jest różne od 7.
Roztwory buforowe
" Roztworem buforowym jest wodny roztwór zawierający sprzężoną parę kwas-zasada, którego cechą jest
utrzymywanie stałego pH podczas rozcieńczania lub dodawania niewielkich ilości mocnego kwasu czy zasady.
" Roztwór buforowy otrzymuje się przez zmieszanie roztworu słabego kwasu HA i sprzężonej z nim zasady AŻ, o
wysokich stężeniach analitycznych cHA i cAŻ.
" Do wyrażenia na stałą dysocjacji kwasu HA
podstawiamy odpowiednie stężenia: , i otrzymujemy
.
" W postaci logarytmicznej otrzymujemy wzór na pH
.
Najczęściej stosowane układy buforujące:
" pH = 0 1 M HCl
" pH = 2 0,01 M HCl
" pH = 4,7 1 M CH3COOH + 1 M CH3COONa
" pH = 7,2 1 M KH2PO4 + 1 M K2HPO4
" pH = 9,2 1 M NH4Cl + 1 M NH3
" pH = 12 0,01 M NaOH
" pH = 14 1 M NaOH
y
ródła i autorzy artykułu
6
y
ródła i autorzy artykułu
CHEM:Równowagi kwasowo-zasadowe y
ródło: https://brain.fuw.edu.pl/edu-wiki/index.php5?oldid=14561 Autorzy: Asia
Licencja
Attribution-Share Alike 3.0 PL
http:/ / creativecommons. org/ licenses/ by-sa/ 3. 0/ pl