SYROR och BASER A
Download
Report
Transcript SYROR och BASER A
KEM A02 HT2011
Allmän- och oorganisk kemi
REPETITION
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2011
SYROR och BASER
A: Kap 11 (F1, F2)
GRUNDLÄGGANDE BEGREPP
Brönsted syra/bas
Lewis syra/bas
Syra med konjugerad bas / Bas med konjugerad syra
pH, pOH, pKa, pKb , pKw
SAMBAND
pH + pOH = pKw
pKa + pKb = pKw
TYPREAKTIONER
Syra/bas jämvikter
En- och flerprotoniga syror
KEMMA02/ © Sofi Elmroth 2011
TYPISKA JÄMVIKTSSYSTEM 1
Syra i vatten
HA + H2O
A- + H3O+
Typ 1
FB(M) A
a=1
VJ(M) A-x
0
x
Typ 2
FB(M) A
a=1
VJ(M) A-x
B
C
B+x
C+x
0
x
[A-] [H3O+]
Ka =
[HA]
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2011
Ka (pKa)
OBS!
2:a-grads ekv
TYPISKA JÄMVIKTSSYSTEM 2
Bas i vatten
B- + H2O
HB + OH-
Typ 1
FB(M) A
a=1
VJ(M) A-x
0
x
Typ 2
FB(M) A
a=1
VJ(M) A-x
B
C
B+x
C+x
0
x
[HB] [OH-]
Kb =
[B-]
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2011
Kb (pKb)
OBS!
2:a-grads ekv
Översikt – viktiga syror/baser
TYPREAKTION
pH skalan
Syror deprotoneras
HA + H2O
A- + H3O+
Baser protoneras
B- + H 2 O
HB + OH-
EXEMPEL
Svavelsyra, Salpetersyra
Saltsyra
Perklor/bromsyra
Klor/bromsyra
Hypoklorit/bromitsyra
Klorättiksyra
OBS!
Ättiksyra
H2SO4
HNO3
HCl
HClO4
HBrO4
HClO3
HBrO3
HClO
HBrO
CH2ClCO2H
CH3CO2H (HAc)
Ammoniak
Natriumhyroxid
Magnesiumhydroxid
Kalciumoxid
Natriumhydrid
NH3
NaOH
Mg(OH)2
CaO
NaH*
(*H2 avgår)
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2011
Flerprotoniga syror och fördelningsdiagram
TYPISKA SYSTEM
H2SO3, H2SO4, H2CO3, H3PO4
ATT KUNNA
Skissa diagram
Avläsa sammansättning
Bereda buffert
FÖRDELNINGSDIAGRAM
SAMBAND
OBS! För syra-system
pH = pKa - log [HA]/[A-]
se även Kap 12
ANVÄNDNING
Buffert
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2011
JÄMVIKT i LÖSNING
A: Kap 12 (F4, F6, F8)
TYPREAKTIONER och SYSTEM
Buffert
Stabila pH områden, effekter av spädning och/eller tillsats av bas/syra
se även jfr. fördelningsdiagram
Titreringar
System: (stark syra + stark bas), (svag syra + stark bas), (stark syra + svag bas) analyt
För samtliga: skissa titrerkurva, pH vid start, ½ resp 1 eq tillsatt titrator
Laboration inkl indikatorer
Löslighetssprodukt
Löslighet i rent vatten samt efter tillsatser av joner (utsaltning) och /ellerv
komplexbildande ligander
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2011
EXEMPEL: stark syra + svag bas
A- +
HA + B-
stark syra
svag bas
svag bas
HB
stark syra
konjugerad bas till HA kojugerad syra till B-
Notera!
Starkt alkalisk analyt
SVAG BAS med STARK SYRA
Neutralisation av basen
Bildning av STARK SYRA
Förväntat pH vid ekvivalenspunkten:
SURT
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2011
Syra/Bas indikatorer
INDIKATOR:
Ett syra/bas par där de två formerna har olika färg!
REAKTION:
HIn(aq) + H2O
In-(aq) + H3O+(aq)
stark bas
svag syra
Ka, Hin =
[In-(aq)][H3O+(aq)]
[HIn(aq)]
ATT KUNNA
Beskriva kemisk bakgrund
Motivera val av indikator med hänsyn till pH vid 1 eq
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2011
Ka, HIn
Löslighetsprodukt
EXEMPEL:
Upplösning av Bi2S3(s)
Bi2S3(s)
2 Bi3+(aq) +
3 S2-(aq)
Ksp
Ksp = a(Bi3+(aq))2 a(S2-(aq))3
Ksp = [Bi3+(aq)]2 [S2-(aq)]3
Ksp litet för svårlösliga salter; Ksp (Bi2S3(s)) = 1.0E-97 M4
ATT KUNNA:
Beräkna jämviktshalter vid upplösning av salter i rent vatten
Beräkna jämviktshalter då någon av produkterna redan finns i lösning –
(begrepp: utsaltning – ”the common ion effect”)
Typiska salter: hydroxider, karbonater, sulfider
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2011
Selektiv utfällning som analysredskap
PRINCIP
Selektiv utfällning vid vid olika pH och/eller tillsats av S2Respektive fällning löses upp i syra och analyseras separat
EXEMPEL
Fe2+(aq)
Ni2+(aq)
+ OH-
Ni2+(aq)
Ag+ (aq)
+ OH-
Ag+ (aq)
Ag+ (aq)
Fe(OH) 2(s)
Ni(OH)2(s)
ATT KUNNA
Då Ksp känt: ange i vilken ordning olika metallsalter faller ut vid OH-/S2--tillsats
Reaktioner för upplösning av hydroxider, karbonater och sulfider ( + HCl, +HNO3)
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2011
Komplexbildning
se även lab!
PRINCIP
”Maskering av metalljon”
Ag+
Ag+
AgCl(s)
Ag+(aq) + Cl- (aq)
Ag+(aq) + 2 NH3 (aq)
K1
Ag(NH3)2+(aq)
(1)
K2
EXEMPEL 12.12: Hur mycket AgCl(s) löses i 0.1 M NH3 ?
TOTALREAKTION (1) + (2)
AgCl(s) + 2 NH3 (aq) Ag(NH3)2+ + ClFB(M) a = 1
0.1
VJ
a=1
0.1 – 2x
x
Lösning ges av K = x2/(0.1 – 2x)2
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2011
K = K 1K 2
x
(2)
ELEKTROKEMI
A: Kap 13 (F9, 10, 11)
ORKA
reduktion - katod
oxidation - anod
GRUNDLÄGGANDE BEGREPP
Balansering av redoxreaktioner
Anod, Katod, Halvcellsreaktion, Saltbrygga
Elektrokemiska spänningsserien
Galvanisk cell, Elektrolytisk cell
SAMBAND
G = - nFE
G = - RTlnK
E = E0 – nF/(RT) ln Q
ln K = n F E /RT
Q = aktivitetskvot
TYPREAKTIONER
Galvaniska celler; speciellt torrcellen, NiCad och Pb-batterier
Elektrolys; metallframställning tex Al
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2011
Elektrokemiska spänningsserien
Reduktionspotentialer
E (EMK)
bestäms av SKILLNADEN
i reduktionspotential mellan halvcellerna!
E0 (reduktionspotential)
Cl2(g) + 2 e- 2 Cl- (aq)
E0 (Cl2/Cl-) = 1.36 V
Bra katod!
2 H+(aq) + 2 e- H2(g)
E0(H+/H2) = 0 V
Referenselektrod
Na+(aq) + 2 e- Na(s)
E0(Na+/Na) = -2.71 V
Bra anod!
FÖR GALVANISK CELL: Positiv EMK då Ekatod > Eanod
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2011
Galvanisk cell
schematisk representation
Daniells cell som exempel
–
ANOD
Zn(s) Zn2+ (aq)
Cu2+(aq) Cu(s)
+
KATOD
Ecell
(1.10 V)
TOTALFÖRLOPP
Zn(s)
+
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2011
Cu2+(aq)
Zn2+(aq) + Cu(s)
G
Aluminiumproduktion
elektrolys av bauxit
Al:
Utvinns ur bauxit –
huvudkomponent Al2O3(s)
tm = ca 2000 oC
PROCESS:
elektrolys i smälta
tillsats: CaF2(s) eller kryolit (Na3AlF6)
tm (blandsmälta) = ca 950 oC
Al(l) tappas ut
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2011
KÄLLA: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/
commons/2/24/Hall-heroult-kk-2008-12-31.png
Hur mycket ström går det åt?
Se även EXEMPEL 13.12
SAMBAND:
Laddningsmängd = (antal mol e- ) (laddning/mol e-)
Q=nF
Q=It
F = 96 485 Cmol-1
I = strömstyrka(A), t = tid (s)
FRÅGA: Vilken strömstyrka behövs om man vill producera 1 ton
aluminium under ett dygn?
1 ton aluminium = 1 103 kg = 1 103 103 g = 106 g
Mw(Al) = 27 g/mol 106 g motsvarar 37 103 mol Al
Behov e- : 3 37 103 = 111 103 mol (n)
Behov laddning (Q) = 111 103 96485 = 1.07 1010
Tidsrymd: 24 h dvs 24 60 60 s = 86.4 103 s
Strömstyrka: I = Q / t
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2011
HÄR: I = 1.07 1010 / 86.4 103 = 124 kA
Korrosion
oönskad oxidation av tex Fe
Eo
1.23
O2/H2O
H+
Fe(III)/Fe(II)
O2/H2O
OH-
-0.44
Fe(II)/Fe(s)
-0.76
Zn(II)/Zn(s)
H2O/H2
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2011
TAKTIK:
Använd offeranod
dvs
tillsätt halvcell som ger
strörre drivkraft
tex
Zn(II)/Zn Eo = -0 76 V
Celler i vanligt bruk
TABELL 13.2
TORRCELLEN (1.5V)
Zn(s) ZnCl2(aq), NH4Cl(aq) MnO(OH) (s) MnO2(s) C(grafit)
BLYACCUMULATORN (2.0 V)
Pb(s) PbSO4(aq) H+(aq), HSO4-(aq) PbO2(s) PbSO4(s) Pb(s)
NiCd ”Nicad” BATTERI (1.25 V)
Cd(s) Cd(OH)2(s) KOH(aq) Ni(OH)3(s) Ni(OH)2(s) Ni(s)
ANOD: Redoxpar M/M2+
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2011
ELEKTROLYT
KATOD: Fast redoxpar N/Nn+
KÄRNKEMI
A: Kap 16 (F14)
ATT NOTERA
Många grundämnen finns som flera isotoper
En del är radioaktiva kärnor – med varierande sönderfallshastighet
EXEMPEL PÅ VANLIGA ”LAB-ISOTOPER”
32
15
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2011
P
35
16
S
14
6
C
Radioaktivt sönderfall
En monomolekylär process
14C
6
147 N + -10e + ve
Ve = antineutrino
N = No exp(-kt)
1:a ordningens sönderfall
t½
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2011
ln2
= k
OBS!
Glöm inte den deskriptiva kemin!
dvs
Namn och formler att kunna + OW-föreläsningar
LYCKA TILL!
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2011