Transcript Kemalap14_3

Sav bázis egyensúlyok vizes oldatban
Disszociációs egyensúlyi állandó
HAc
H+ + Ac-
ecetsav disszociációja
[H+] [Ac- ]
Ksav = ▬▬▬▬▬▬
[HAc]
NH4OH
NH4+ + OH-
[NH4+] [OH-]
Kbázis = ▬▬▬▬▬▬
[ NH4OH]
Ammóniumhidroxid
disszociációja
10:54
Savak disszociációja vizes oldatban
HA
Sav
Sósav
Kénsav
Salétromsav
H+ + A-
Ks
∞
∞
∞
[H+] [A- ]
Ks = ▬▬▬▬
[HA]
pKs
Erős savak
Triklórecetsav
Ecetsav
3,0*10-1
1,8*10-5
0,52
4,75
Kénessav
Szénsav
1,6*10-2
4,4*10-7
1,79
6,37
Gyenge savak
10:54
Bázisok disszociációja vizes oldatban
BOH
B+ + OH-
Bázis
Kb
Nátrium-hidroxid ∞
Lítium-hidroxid
∞
Kálium-hidroxid ∞
Etilamin
Ammónia
Piridin
6,5*10-4
1,8*10-5
1,8*10-9
[B+] [OH- ]
Ks = ▬▬▬▬
[BOH]
pKb
Erős bázisok
3,19
4,74
4,75
Gyenge bázisok
10:54
Gyenge bázisok disszociációja vizes oldatban
B + H 2O
Bázis
Etilamin
Ammónia
Piridin
B
BH+ + OHKb
6,5*10-4
1,8*10-5
1,8*10-9
[BH+] [OH- ]
Ks = ▬▬▬▬
[B] [H2O]
pKb
3,19
4,74
4,75
B
BH+
NH3
NH4+
CH3-CH2-NH2
BH+ CH3-CH2-NH3+
B
BH+
10:54
Víz disszociációja és a pH fogalma
H2O
H+ + OH-
[H+] [OH-]
K = ▬▬▬▬▬▬
[H2O]
[H2O] = konstans
Mert az elbomlás mértéke
elhanyagolható
1000g / 18(g/mol) = 55,6 mol
Kv = [H+] [OH-] = 10-14
pH = - lg[H+] és pOH = -lg[OH-]
pH + pOH = 14
10:54
0 ≤ pH < 7
savas tartomány, savas jelleg a pH csökkenésével nő
pH = 7
semleges oldat
7 < pH ≤ 14
lúgos tartomány, lúgos jelleg nő a pH növekedésével
pKv = pH + pOH = 14,00
10:54
Erős savak és bázisok pH-ja
disszociáció – 100%
[H+] = [sav]
[OH-] = [bázis]
pH = - lg[H+] = - lg [sav]
[H+] [OH-] = 10-14
[H+] = 10-14 / [OH-]
= 10-14 / [bázis]
pH = - lg[H+] = 14 + lg [bázis]
10:54
Gyenge savak pH-ja
HA
H+ + A-
[H+] [A- ]
Ks = ▬▬▬▬
[HA]
x = [H+] = [A- ] << [HA]
[HA]egyens. ≈ [HA] kiind. = [sav]
[H+] [A- ]
[x]2
Ks = ▬▬▬▬ = ▬▬▬▬
[HA]
[sav] - x
x2 - Ks.x + Ks.[sav] =0
x = [H+] =
x = [H+] ≈ Ks [sav]
Ks 
K s  4  K s  sav 
2
2
10:54
Többértékű savak disszociációja
egyensúly
pKa értéke
H3PO4 ⇌ H2PO4− + H+
pKa1 = 2,15
H2PO4− ⇌ HPO42− + H+
pKa2 = 7,20
HPO42− ⇌ PO43− + H+
pKa3 = 12,37
Ha az egyes pK-k között a különbség kb. négynél több, akkor minden
egyes termék önálló savnak tekinthető.
A H2PO4− sói kikristályosíthatók, ha az oldat pH-ját kb. 5,5-re állítjuk,
A HPO42− sók mintegy 10-es pH-jú oldatból kristályosíthatók ki.
10:54
Többértékű savak disszociációja: szénsav
c(CO2)T=c(H2CO3*)+c(HCO3-)+c(CO32-)
CO2 oldódása vízben:
reakció a víz molekulával
H2CO3*
„oldott széndioxid”
szénsav dissziciáció
disszociációs állandó 1.
további disszociáció
disszociációs állandó 2.
10:54
Karbonát – hidrogénkarbonát egyensúly
H2O + CO2
CaCO3 + H2CO3
H2CO3
Ca(HCO3)2
Vízkő képződés
Változó keménység
Vízkő eltávolítás
Cseppkőképződés
10:54
Vizes sóoldatok sav-bázis tulajdonságai
Disszociáció
A vizes sóoldatok pH értéke sokszor lényeges a korrózió szempontjából
Semleges oldatokat képező sók
Erős sav (pl. HCl) + erős bázis (pl.NaOH)
NaCl + H2O → NaOH + HCl
+
Na
-
OH
H+
Cl-
Erős sav és erős bázis teljesen disszociál
[H+] = [OH-]
pH=7 semleges
10:54
Vizes sóoldatok sav-bázis tulajdonságai
Savas hidrolízis
Savas oldatokat képező sók
Erős sav (pl. HCl) + gyenge bázis (pl.NH4OH) → ammónium-klorid
részlegesen
disszociál
teljesen
disszociál
NH4Cl + H2O → NH4OH + HCl
NH4
+
-
OH
H+
Cl-
[H+] > [OH-]
pH < 7 savas
10:54
Vizes sóoldatok sav-bázis tulajdonságai
Lúgos hidrolízis
NH4Cl + H2O → NH4OH + HCl
NH4Cl → NH4+ + ClNH4+ + H2O ↔ NH4OH + H+
Kv
[NH4OH] [H+ ] [NH4OH] [H+] [OH- ]
= ▬▬▬▬▬▬
▬▬▬▬ = ▬▬▬▬
Kh = ▬▬▬▬▬▬
[NH4+] [OH- ]
[NH4+]
Kb
[NH4+] [OH- ]
Kb = ▬▬▬▬▬▬
[NH4OH]
NH4OH
NH4+ + OH-
Kv = [H+] [OH-] = 10-14
10:54
Vizes sóoldatok sav-bázis tulajdonságai
Lúgos hidrolízis
Bázikus oldatokat képező sók
Erős bázis (pl. NaOH) + gyenge sav (pl.CH3COOH) → nátrium-acetát
részlegesen
disszociál
teljesen
disszociál
CH3COONa + H2O → CH3COOH + NaOH
CH3COO
-
+
H
[H+] < [OH-]
OH-
Na+
pH > 7 lúgos
10:54
Vizes sóoldatok sav-bázis tulajdonságai
Lúgos hidrolízis
CH3COONa + H2O → CH3COOH + NaOH
CH3COONa → CH3COO- + Na+
CH3COO- + H2O ↔ CH3COOH + OH-
[HA] [OH- ] [HA] [OH- ] [H+]
Kv
= ▬▬▬▬ ▬▬▬▬ = ▬▬▬▬
Kh = ▬▬▬▬
[A ]
[HA] [H+]
Ks
[H+] [A- ]
Ks = ▬▬▬▬
[HA]
HA
H+ + A-
Kv = [H+] [OH-] = 10-14
10:54
Erős sav kiszorítja a gyenge savat sójából
CH3COONa + HCl → CH3COOH + NaCl
Az oldatba kerülő ionok:
HAc
H+ + Ac-
[H+] [Ac- ]
Ks = ▬▬▬▬
[HAc]
Az oldat összetétele:
CH3COO- + Na+ + H+ + Clecetsav disszociációja
= 1,8*10-5
Na+ + Cl- + CH3COOH
és egy kevés
CH3COO- + H+
1 mólos oldatok esetén ~ gyök(1,8*10-5) = 0,004 mol
10:54
Füstgáz tisztítás
SO2 + CaCO3 = CaSO3 + CO2 anhidridre is igaz
Kénessav
1,6*10-2
Szénsav
4,4*10-7
CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + H2CO3
H2CO3 = H2O + CO2
el is távozik a rendszerből
de ugyan a foszforsav erősebb sav mint a kovasav
H3PO4 előállítása: - lepárlás 1400 – 1600 0C
koksz kemencében
2 Ca5(PO4)3F + 5SiO2 + 15C = 9CaSiO3 + CaF2 +15CO+6P
P illékony eltávozik a rendszerből > P2O5 > H3PO4
10:54
Sav-bázis indikátorok működése
Indikátor-H: egy gyenge sav
indikátor-H
Metilvörös
piros színű
molekuláris forma
indikátor- + H+
sárga színű
ionos forma
Sav hozzáadására az egyensúly balra tolódik: piros lesz az oldat
Lúg hozzáadására a (a lúg elfogyasztja a H+ ionokat) az
egyensúly jobbra tolódik : az oldat sárga lesz
Semleges állapotban narancs színű az oldat
10:54
Sav-bázis indikátorok
 H+ (+OH)
nincs
hosszú
konjugált
részlet

színtelen
+ H+
több gyűrűre
átterjedő
konjugált
kötések

közeli
elektronállapotok
Fenolftalein

színes
10:54
Sav-bázis indikátorok
Sav-bázis titrálások
10:54
Sav-bázis indikátorok
10:54
Az eső természetes savassága és
a savas eső
Természetes savasság:
H2O + CO2 → H2CO3
H2O + H2CO3
HCO3 + H3O+
pH ≈ 5, mészkő, vízkő képződése:
H2CO3 + CaCO3
Savas eső:
SO2 + H2O = H2SO3
SO2 + O3 = SO3 + O2
SO3 + H2O = H2SO4
2NO2 + 2H2O = HNO2 + HNO3
2HCO3 + Ca2+(aq)
10:54
Pufferek
Szerepe: pH stabilitás, kompenzálás,
kiegyenlítés a külső hatásokkal szemben.
Puffer rendszerek pH-ja jelentős mértékben
„stabil”, kisebb mennyiségű sav vagy lúg
hozzáadásával nem változik számottevően.
Puffer kapacitás megadja, hogy a puffer 1
literének pH-ját hány mól HCl csökkenti egy
egységgel, ill. hány mól NaOH növeli egy
egységgel.
10:54
Puffer rendszerek
• Gyenge sav és az erős bázissal alkotott
sójának együttese
CH3COOH + NaOH→CH3COONa + H2O
Ecetsav – nátrium acetát puffer rendszer
CH3COOH
CH3COONa
10:54
Ecetsav – nátrium acetát puffer
rendszer
• Savas hatás esetén
CH3COO- + Na+ + CH3COOH + H+ →
2CH3COOH + Na+
lényeg: CH3COO- + H+ → CH3COOH
• Lúgos hatás esetén
CH3COO- + Na+ + CH3COOH + OH- →
2CH3COO- + Na+ + H2O
lényeg: CH3COOH + OH- → CH3COO- + H2O
10:54
Ecetsav – nátrium acetát puffer működése
HAc
H+ + Ac
H   K
HAc 

s
Ac 
-

H Ac 

 1,8 * 10

Ks

HAc 
5
sav 
 Ks
só 
Ha 1 mól ecetsavból és 1 mól nátrium-acetátból
készítünk 1 dm3 oldatot akkor a [sav] = 1 és a [só] = 1.
[H+] = Ks = 1,8.10-5
pH = 4,75
10:54
Ecetsav – nátrium acetát puffer működése
HAc
H+
+ Ac
H   K
HAc 

s
Ac 
-
sav 
 Ks
só 
Ha 1 mól ecetsavból és 1 mól nátrium-acetátból
készült 1 dm3 oldathoz 0,1 mól HCl-t adunk
akkor a [sav] = 1,1 és a [só] = 0,9
[H+] = 1,8.10-5*
H   1,8  10

5
pH = 4,75
1,1 
5

 2 , 2  10
0,9 
pH = 4,66
Ha egy ilyen pH-jú puffert nem tartalmazó oldathoz
0,1 mól sósavat (HCl) adunk akkor az új pH = 1
10:54
Ammóniumhidroxid – ammónium
klorid puffer rendszer
• Savas hatás esetén
NH4+ + Cl- + NH4OH + H+ → 2NH4+ + Cl- +H2O
lényeg: NH4OH + H+ → NH4+ + H2O
• Lúgos hatás esetén
NH4+ + Cl- + NH4OH + OH- → 2NH4OH +Cllényeg: NH4+ + OH- → NH4OH
10:54
Hidrogén karbonát puffer rendszer
Egy komponensű puffer: hidrogén
karbonát ion
HCO
HCO

3

3
H
 OH


 H 2 CO 3
 CO
2
3
 H 2O
10:54
Szervetlen szén rendszer
A levegőben lévő CO2 képes a vízbe
beoldódni
Hogy milyen formában jelenik meg a
vízben az a pH-tól függő.
- pH < 4,5 → CO2 és H2CO3
- 4,5 < pH < 8,3 → CO2; H2CO3 és HCO3- pH > 8,3 → HCO3- és CO32-
10:54