Transcript H 2 A (aq)

Henderson-Hasselbach ekvationen
OBS! Gäller då [syra] och [bas] >> [OH-], [H3O+]
[HA]
pH = pKa – log
[A-]
HÄRLEDNING:
HA(aq) + H2O(l)


A-(aq) + H3O+ (aq)
[A-(aq) ][H3O+ (aq)]
Ka =
[HA(aq) ]
[H3
O+
[HA(aq) ]
(aq)] = Ka [A (aq) ]
-log [H3O+ (aq)] = -log Ka - log
pH
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
pKa
[HA(aq) ]
[A-(aq) ]
12.3 Buffertcapacitet
Ideal buffert
50% 50%
H
A
A-
pH = pKa
Bra buffertkapacitet kräver att både syra- och basform
finns i lösning i relativt lika andelar.
Gränsen för buffertcapacitet går vid 10:1-förhållande,
för [syra]:[bas] vid lägre pH-gränsen och 1:10 för den övre.
FRÅGA: Vad innebär detta för pH?
pH = pKa – log
10 [HA]
[A-]
pH = pKa – log [HA]10 [A ]
= pKa – 1 – log
[HA]
[A-]
= pKa + 1 – log
[HA]
[A-]
pKa – 1 < BRA BUFFERT pH < pKa + 1
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
12.4 Titreringstyp: stark syra – stark bas
REAKTION
H3O+ + OH-
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010


2 H2O
12.5 Titreringstyp: svag syra – stark bas
SVAG SYRA med STARK BAS
Neutralisation av syran
Bildning av STARK BAS
Förväntat pH vid ekvivalenspunkten:
BASISKT
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
12.5. Titreringstyp: svag bas – stark syra
SVAG BAS med STARK SYRA
Neutralisation av basen
Bildning av STARK SYRA
Förväntat pH vid ekvivalenspunkten:
SURT
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
JV FLS 2(3)
KEM A02
Allmän- och oorganisk kemi
JÄMVIKT i LÖSNING
A: Kap 12
Föreläsning 2(3)
mer pH, indikatorer och
löslighetsprodukt
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
3 NYCKELSAMBAND
att veta hur & när man använder
pH & pOH
pH = 14 – pOH
Ka
H2O H3O+
HA (aq)


1-protonig syra
pKa = 14 – pKb
A-(aq)
OH- H2O
Ka1
Kb
H2A (aq)


OH-


HA-(aq)
Kb1
Ka2
Ka1
H2O H3O+
Ka3
H2O H3O+
H2O H3O+
H A (aq) 


2
-
OH- H2O
Kb3
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
2-protonig syra
pKa1 = 14 – pKb2
pKa2 = 14 – pKb1
A2-(aq)
OH- H2O
H2O
Kb2
H3A (aq)
K
H2O a2
H3O+
H2O H3O+
OH- H2O
Kb2
HA2-(aq)


OH- H2O
Kb1
A3-(aq)
3-protonig syra
pKa1 = 14 – pKb3
pKa2 = 14 – pKb2
pKa3= 14 – pKb1
Vad är en indikator?
INDIKATOR:
Ett syra/bas par där de två formerna har olika färg!
REAKTION:
HIn(aq) + H2O
svag syra


In-(aq) + H3O+(aq)
stark bas
[In-(aq)][H3O+(aq)]
Ka, Hin =
[HIn(aq)]
Omslag då
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
[In-(aq)] : [HIn(aq)] = 1:1
Ka, Hin = [H3O+(aq)]
pKa, Hi = pH
Ka, HIn
12.7 Stökiometri och titrering av
polyprotolyter
H3PO4
9.94 ; pH = ½(pKa2 + pKa3)
4.72; pH = ½(pKa1 + pKa2)
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
LÖSLIGHETSJÄMVIKTER
Salter – en kombination av katjoner och anjoner – kan vara
mycket olika lösliga i vatten!
“…. A barium sulphate suspension in
water is the universal contrast medium
used for examination of the upper
gastrointestinal tract.”
KÄLLA: http://www.e-radiography.net/
contrast_media/contrast_
media_introduction.htm
NaCl – ”salt”
mkt lättlösligt
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
Löslighetsjämvikter & biorelevans
TYPISKA OMRÅDEN & FRÅGESTÄLLNINGAR:
några exempel... det finns mycket mer!
Vattenkvalitet
Fe(II/III), Cr(III-VII), Pb(II), Al(III)
”Bioavailability” av spårmetaller
Cu(II), Ni(II), Mn(II)
Läckage av metalljoner från gruvmiljö/deponier
Fe(II/III), Ni(II/III), Pb(II/IV),Hg(I/II), Ag(I), Au(III/I)
Metallothioniner är
svavel-innehållande
protein som används
för att transportera
tex Cu(II) och Hg(II).
Toxicitet
Fe(II/III), Ni(II/III), Pb(II/IV),Hg(I/II), Ag(I), Cd(II)
Ksp (CuS) = 1.3 E-36*
Ksp (HgS) = 1E-53*
Sofi Elmroth
2010
*dvsKEMA02/
mkt liten©tendens
till frisläppning
av M(II) – mer om detta senare!
Funktion
Na(I), K(I)
12.8 Löslighetsprodukt
BEGREPP:
Löslighetsprodukt – ett mått på lösligheten
en jämvikt som alla andra!
EXEMPEL:
Upplösning av Bi2S3(s)
Bi2S3(s)


2 Bi3+(aq) +
3 S2-(aq)
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
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
Ksp
JV FLS 3(3)
KEM A02
Allmän- och oorganisk kemi
JÄMVIKT i LÖSNING
A: Kap 12
Föreläsning 3(3)
mer löslighetsprodukt!
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
Repetition
Henderson-Hasselbach ekvationen för beräkning av pH i ”buffert”
- OK att använda
- viktigast att förstå när den är applicerbar
- egentligen helt onödig!
Buffertkapacitet
-bra pH område ca ; pKa – 1 < pH < pKa + 1
Utseende titrerkurva
- Stark syra + stark bas; ekvivalenspunkt vid pH = 7
- Svag syra + stark bas; ekvivalenspunkt vid pH > 7 (stark bas genereras)
- Svag bas + stark syra; ekvivalenspunkt vid pH < 7 (stark syra genereras)
- Titrerkurva polyprotolyter; H2SO4, H2SO3, H2CO3, H3PO4 + stark bas (OH-)
Indikatorer
- Funktion och använding (varför fungerar de? Matchning av indikator  titrering)
Löslighetsprodukt – mer om detta idag!
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
12.9 ”The common ion effect”
vad heter detta på svenska?
BAKGRUND
Många metalljoner bildar hydroxider vid pH  7 som faller ut.
Den fria metalljonhalten bestäms av löslighetsprodukten, Ksp
REAKTION – exempel Al3+ ETT RIKTIGT EXEMPEL (oktober 2010)
Al3+(aq) + H2O


Al(OH)3(s) + 3H+ (HR bara i sur miljö!)
ÖVER pH ca 7.5 beskrivs detta bäst av reaktionen:
Al(OH)3(s)


a=1
Al3+(aq) + 3 OH-(aq)
s
3s
Uppskattning av ca halt Al3+ över Al(OH)3(s):
s(3s)3 = Ksp
s = 2.5E-9 M (OBS! Ej HR heller...)
FRÅGA: Kan man sänka halten Al3+(aq) ytterligare?
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
Ksp= 1.0E-33
Tabell 12.4
Strategi för sänkning av metalljonhalt
TILLSATS AV MER OH- SKJUTER JÄMVIKTEN ÅT VÄNSTER
(reaktanter)
BERÄKNING för olika [OH-]
Al(OH)3(s)


a=1
Al3+(aq) + 3 OH-(aq)
s
Ksp= 1.0E-33
Tabell 12.4
[OH-]
Generellt uttryck för Ksp: Ksp = s[OH-]3
[OH-]
Ksp
s = [Al3+(aq)]
1E-7
0.1
1.0
4.0
s(1E-7)3
s(0.1)3
s(1.0)3
s(4.0)3
1.0E-12
1.0E-30
1.0E-33
1.5E-35
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
SLUTSATS:
Förvaring i basisk miljö
minimerar Al3+(aq)
MEN!
Det blir problem
då det läcker ut och pH
stiger!
Vad finns mer i rödslam?
bildas vid framställing av Al(s)
Bauxiten består av aluminiumoxid och
aluminiumhydroxid, men även järnmineral*,
titanoxider** och aluminiumsilikater***.[1]
*Sannolikt Fe(OH)3(s) dvs rost!
** Tex TiO, – vitt pigment som används i färg
*** Silikater SiO2 – vanlig sand
VAD ÄR FARLIGT?!
OH-(aq)
pga det höga koncentrationen
NaOH/KOH täcker sannolikt torra partiklar
- Tungmetaller kan inte uteslutas; ex) Hg, Cr, As
- Partiklar
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
[1] KÄLLA: Jernkontorets forskning; Rapport nr D182, 2004-08-16
U Lindunger & E Stark
Beräkna effekten av ”utsaltning”
EXEMPEL 12.9 Beräkna lösligheten av AgCl(s) i NaCl(aq)
VAD VÄNTAR VI OSS? !
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
12.10 Utfällningar
PROBLEM:
Analys av lösningar med flera metalljoner
STRATEGI:
Fäll ut metaljonerna selektivt tex vid olika pH och/eller tillsatser
 analys av färre metaljoner åt gången
Fe2+(aq)
Ni2+(aq)
+ OH-
Ni2+(aq)
Ag+ (aq)
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
+ OH-
Ag+ (aq)
Ag+ (aq)
Fe(OH) 2(s)
Ni(OH)2(s)
Hur vet man att ”allt” faller ut och
rätt jon finns i lösning?
Fe2+(aq)
Ni2+(aq)
+ OH-
+ OHNi2+(aq)
Ag+ (aq)
Ag+ (aq)
Ag+ (aq)
Fe(OH)2(s)
Ni(OH)2(s)
SVAR:
Löslighetskonstanterna bestämmer!
REDKAP:
Fällning bildas då Q* > Ksp
* För upplösning av salt M(OH)n är Q = [Mn+]start([OH] start)n
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
Blandning av 2 lösningar – vad faller ut?
EXEMPEL 12.10 Faller något ut om lika volymer
0.2 M Pb(NO3)2(aq) och KI(aq) blandas?
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
12.11 Selektiv utfällning
Användning av Ksp för att förutsäga i vilken ordning salter faller ut
EXEMPEL 12.11 Utfällning av Mg2+ och Ca2+ ur havsvatten
m.hj.a. fast NaOH(s)
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
12.12 Att lösa upp utfällningar
Fe2+(aq)
Ni2+(aq)
+ OHNi2+(aq)
+ OH-
Ag+ (aq)
Ag+ (aq)
Ag+ (aq)
Fe(OH)2(s)
Ni(OH)2(s)
Måste lösas upp
innan analys
STRATEGI:
Manipulering av jämviktsläget
Ni(OH)2(s)
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010


Ni2+(aq) + 2 OH+
H3O+
2 H2O
Strategier
exempel olika salter
HYDROXIDER – tillsats av syra
Ex)
 Ni (aq)

2H O

2+
Ni(OH)2(s)
OH- + H3O+
+ 2 OH- (aq)
2
KARBONATER – tillsats av syra
Ex)
 Zn (aq)

2 H O  H CO

2+
ZnCO3(s)
CO32- +
3
+
2
+ CO32- (aq)
3
SULFIDER – tillsats av oxiderande syra
Ex)
3 S2KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
 Cu (aq) + S (aq)

+ 8 HNO  2 S(s) + 2 NO(g) + 4 H O(l) + 6 NO

2+
CuS(s)
3
2-
2
3
-
12.13 Komplexbildning
Ytterligare en strategi för upplösning av svårlösliga salter
SPECIELLT LÄMPLIG FÖR ÖVERGÅNGSMETALLERNA!
Fenomen: ”Maskering av metalljoner”
Ag+
AgCl(s)
Ag+


Ag+(aq) + Cl- (aq)
Ag+(aq) + 2 NH3 (aq)


Ag(NH3)2+(aq)
EXEMPEL 12.12: Hur mycket AgCl(s) löses i 0.1 M NH3 ?
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
12.14 Kvalitativ analys
PROBLEM: Komplexa provblandingar svåranalyserade
STRATEGI: Separera h.hj.a selektiv utfällning
standardiserade metoder finns med protokoll!
+ HCl(aq)
+ NH3(aq)
Dekantera
ovanlösningen
Sb2S3
Bi2S3
HgS, CuS, CdS
BASISK
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
Dekantera
ovanlösningen
SUR
SUR
Hg2Cl2
PbCl2
AgCl
+ H2S(g)
ZnS, NiS
FeS, MnS