Woda- powszechnie stosowany rozpuszczalnik, również ulega dysocjacji (jest słabym elektrolitem).

H₂O = H⁺ + OH^- wolne H⁺ nie istnieją w roztworze

H⁺ + H₂O = H₃O⁺

H₃O⁺ + 3H₃O⁺ = H₉O₄⁺ w temperaturze pokojowej w roztworze występuje najwięcej cząstek H₉O₄⁺

K_w= [H⁺] ∙ [OH^-] iloczyn jonowy wody

logK_w = log([H⁺] ∙ [OH^-])

-logK_w = -log[H⁺] + (-log [OH^-])

z definicji: pH = -log[H⁺]

pOH = -log [OH^-]

pK_w = -logK_w

pK_w = pH + pOH

pK_w zależy od temperatury i siły jonowej

dla t = 25°C pK_w = 14,00 czyli K_w = (10)^-14,00

jeśli jony H⁺ i OH^- powstają wyłącznie w wyniku dysocjacji wody, to : [H⁺] = [OH^-]

K_w = [H⁺]²

pH=7,00=pOH

Przykładowe zależności między [H⁺], [OH^-], pH, pOH dla czystej wody (gdzie pK_w = 14,00)

Stężenie H^+[M]	Stężenie OH^-[M]	Wartość pH	Wartość pOH
10^-1^,00	10^-1^3^,00	1,00	13,00
10^-2^,00	10^-12^,00	2,00	12,00
10^-3^,00	10^-11^,00	3,00	11,00
10^-7,00	10^-7,00	7,00	7,00
10^-8^,00	10^-6^,00	8,00	6,00
10^-13^,00	10^-1^,00	13,00	1,00

Wprowadzenie do wody kwasu spowoduje zmianę położenia równowagi reakcji dysocjacji wody przy nie zmienionej wartości K_w.

Np. obecność 0,01M HCl ([H⁺]HCl >> [H⁺]H₂O):

HCl → H⁺ +Cl^-

[H⁺] = [H⁺]H₂O + [H⁺]HCl

[OH^-] = [H⁺]H₂O

[OH^-] =
pOH = 12,00

[H⁺] = 10^-12,00 + 10^-2,00 = 10^-2,00

pH = 2

Skala pH: od 0 do 14.

odczyn kwaśny pH < 7

odczyn obojętny pH = 7

odczyn zasadowy pH > 7

ROZTWORY BUFOROWE- roztwory, których pH prawie nie zmienia się przy znacznych rozcieńczeniach, oraz w których dodatek niewielkich ilości mocnego kwasu lub mocnej zasady powoduje wielokrotnie mniejsze zmiany stężenia jonów H⁺, niż taki sam dodatek kwasu lub zasady do roztworu nie zawierającego buforu.

Roztworem buforowym nazywamy roztwór:

• słabej zasady i jej soli z mocnym kwasem

• słabego kwasy i jego soli z mocną zasadą (H₂CO₃, NaHCO₃)

• dwóch soli słabego kwasu wielozasadowego z mocną zasadą lub dwóch soli słabej zasady dysocjującej wielostopniowo z mocnym kwasem (np. Na H₂PO_4, Na₂ HPO₄).

Pojemność buforu na kwas (zasadę)- liczność mocnego kwasu (mocnej zasady), jaką należy dodać do 1,00 dm³ roztworu buforowego, aby zmienić jego pH o jednostkę.

(Pojemność buforu nie zależy od rodzaju buforu lecz od stężeń obu składników buforu. Im większe stężenie składników buforu, tym większa pojemność.)

Bufor octanowy: 1dm³ (100mmoli CH₃COOH, 100mmoli CH₃COONa )

W roztworze takiego buforu zachodzą reakcje:

CH₃COONa → CH₃COO^- + Na⁺ (sól dysocjuje w 100%)

CH₃COOH ↔ CH₃COO^- + H⁺ (nie wszystkie cząsteczki kwasu ulegają dysocjacji, ustala się równowaga)

po przekształceniach:

gdzie: n_s- początkowa liczność soli

n_k- początkowa liczność kwasu

(*)

Wiadomo, że pH takiego buforu wynosi 5,0, czyli [H⁺] = 10^-5,00 M.

Wpływ dodatku niewielkiej ilości mocnego kwasu (1mmol HCl):

HCl → H⁺ +Cl^-

CH₃COOH ↔ CH₃COO^- + H⁺ (kationy H⁺ z kwasu HCl przesuną reakcję w lewo), czyli [CH₃COOH] = n_k + n_HCl

[CH₃COO-] = n_s - n_HCl podstawiając do wyrażenia (*):

Dodatek 1mmola HCl zwiększył [H⁺] 1,02 razy. Gdyby ten roztwór nie był buforem ale zwykłym roztworem o pH = 5,0, stężenie [H⁺] wzrosłoby ok. 100 razy (z 10^-5,00 M do 10^-3,00 M.).

Analogiczny mechanizm działa w przypadku dodania mocnej zasady np. 1mmol NaOH

NaOH → Na⁺ + OH^-

CH₃COOH ↔ CH₃COO^- + H⁺ (aniony OH^- z zasady przesuną reakcję w prawo), czyli [CH₃COOH] = n_k - n_HCl

[CH₃COO-] = n_s + n_HCl , podstawiając do wyrażenia (*):

Dodatek 1mmola NaOH zmniejszył [H⁺] 0,98 razy, czyli niewiele..

Mechanizm działania buforu wodorowęglanowego:

NaHCO₃ → Na⁺ + HCO₃^-

HCO₃^- + H⁺ ↔ H₂CO₃ ↔ CO₂ + H₂O (dodatek H⁺ powoduje przesunięcie równowagi reakcji w prawą stronę, w kierunku tworzenia się CO₂)

LOGARYTMY DZIESIĘTNE:

log a = x 10^x = a

właściwości logarytmów:

log (a∙b) = log a + log b

log (a∙b) = log a + log b

log (a^±b) = ±b ·log a

II/ 8

____________________

Opracowała: Joanna Kosendiak

---