Transcript Syror och baser

KEM A02
Allmän- och oorganisk kemi
SYROR OCH BASER
Atkins & Jones kap 11.1-11.10
KEMMA02/ © Sofi Elmroth 2011
ÖVERSIKT
- Syror och baser – grundläggande egenskaper
- Svaga syror och baser
- pH i lösningar av svaga syror och baser
- Flerprotoniga syror
- Autoprotolys och pH
KEMMA02/ © Sofi Elmroth 2011
SYRA-BASNIVÅ ”till vardags”
pH intervall
ca 1 – 13
Se även:
A&J T11.12
KEMMA02/ © Sofi Elmroth 2011
11.1. BrØnsted syror och baser
(Johannes BrØnsted 1923)
DEFINITIONER
- SYRA – proton donator
- BAS – proton acceptor
- PROTON – vätejon H+ (H3O+ eller H+(aq))
,
+
H (aq)
Hydroxoniumjon
KEMMA02/ © Sofi Elmroth 2011
TYPREAKTION
BrØnsted-syra
H+ överförs direkt från syra till bas – protontransfer
stark syra, jv: 
CN-(aq) + H3O+
svag syra, mest HCN!
bas
Ex 2)
HCN + H2O
Ex 3)
HCO3-(aq) + H2O(l)


syra
Cl- + H3O+


HCl + H2O


Ex1)
H3O+(aq) + CO32-(aq)
svag syra, mest HCO3- Biologiskt relevant ... mer info senare!
- DOCK! Jämvikten kan drivas åt höger om
tex CO32- fälls ut som CaCO3(s)
KEYPOINT: Samma typ av reaktion men deprotoneringsgraden varieriar!
KEMMA02/ © Sofi Elmroth 2011
TYPREAKTION
BrØnsted bas
Karaktäristiskt:
En eller flera ensamma [obundna] elektronpar [som kan ta upp H+]
Ex1)
CaO (s) + H2O(l)
Ca2+(aq) + 2 OH- (aq)
bas
Ex 2)
NH3 (aq) + H2O (l)
O2-: mkt stark bas
oxidjon
NH4+ (aq) + OH- (aq)
NH3 – oladdad!
 svagare attraktion
 svagare bas
KEYPOINT: Samma typ av reaktion men protoneringsgraden varieriar!
KEMMA02/ © Sofi Elmroth 2011
Begrepp:
KONJUGERAD SYRA OCH BAS
PRINCIP
PRINCIP
PRINCIP
Syra
Bas
[tar upp H+]
[donerar H+]
Konjugerad syra
Konjugerad bas
EXEMPEL
EXEMPEL
EXEMPEL
CN- Cyanidjon
H2CO3 Kolsyra
H+
HCO3- Vätekarbonatjon
KEMMA02/ © Sofi Elmroth 2011
H+
HCN Vätecyanid
Det finns annat än protoner...
11.2. Lewissyror och -baser
”NYA” DEFINITIONER
Lewis syra:
Elektronparacceptor
Exempel 1: HCl
Cl- :
”accepterar” e-par
Exempel 2: Cu2+
Cu2+ + 6 NH3
Cu(NH3)62+
Koppar(II)hexammin
Lewis bas:
Elektronpardonator
e-
Exempel 1: NH3
N:
donerar fritt e-par till H+
och bildar NH4+
Exempel 2: OHFe3+ + 3 OHFe(OH)3
Järn(III)hydroxid
NYTT!
Reaktioner som inte omfattar H+ - ”elektronperspektiv”
KEMMA02/ © Sofi Elmroth 2011
MILJÖKATASTROF!!!
S-atmosfär
KEMMA02/ © Sofi Elmroth 2011
O-atmosfär
11.3. Sura, basiska och amfotera oxider
Vi lever i en oxiderande miljö!
SUR OXID
- Bildar Brönsted syra i vatten
- Ickemetaller
- Ex) CO2 i vatten H2CO3
BASISK OXID
- Bildar OH- i vatten
- Metaller
- Ex) CaO i vatten  Ca(OH)2 (s)
AMFOTERA OXIDER
- Reagerar både med syror och
baser
- Övergångsmetaller – tom ca
Al/Pb diagonalen
- Ex) Al2O3
KEMMA02/ © Sofi Elmroth 2011
11.4. Protonutbyte mellan vattenmolekyler
Nyckelfunktion för syra-bas beteende
REAKTION
Kw =


2 H2O
a(H3O+) a(OH-)
a(H2O)2
H3O+ + OH-
≈
Kw
[H3O+][OH-]
Kw = 1 x 10-14 M2 vid 25 oC
OBS1! Mkt snabbt utbyte!
Diffusionskontrollerat – OK för korta avstånd – dock ej långa
OBS2! Jämvikten förskjuten långt åt vänster
 dålig konduktivitet i rent vatten!
KEMMA02/ © Sofi Elmroth 2011
11.5, 11.6 pH- skalan och pOH
DEFINITIONER
pH = - log(a(H3O+)) ≈ - log [H3O+]
pOH = - log(a(OH+)) ≈ - log [OH-]
Anges lämpligen med 2 decimaler t.ex. pH 5.26
SAMBAND
pKw = pH + pOH
pOH = pKw – pH
Härledning: läs själva! (A 11.6)
KEMMA02/ © Sofi Elmroth 2011
SVAGA SYROR OCH BASER
11.7 Syra- och baskonstanter
VAD FINNS I EN VATTENLÖSNING AV EN SVAG SYRA?
- Syran själv; HA
HA + H2O A- + H3O+
- Lite av den konjugerade basen; AKa = [A-][H3O+]/[HA]
- Liten mängd H3O+ - lika mycket tillskott som bildat A-
VAD FINNS I EN VATTENLÖSNING AV EN SVAG BAS?
- Basen själv; B
- Lite av den konjugerade syran; HB
- Liten mängd OH- - lika mycket tillskott som bildat HB
B + H2O HB + OHKb = [HB][OH-]/[B]
NOTERA! pH = pKa då [HA]=[A-] och pOH = pKb då [HB]=[B]
KEMMA02/ © Sofi Elmroth 2011
Hur vet man vad som är den starkaste syran/basen?
EXEMPEL 11.5
a)
b)
Jämför HF (vätefluorid) med HIO3 (jodsyra, vätejodat)
Jämför NO2- (nitritjon) med CN- (cyanidjon)
LÖSNING: Jämför pKa eller pKb-värden!
UR TABELL 11.1 och 11.2
Förening
HF
HIO3
NO2CN-
pKa
3.45
0.77
-
pKb
Lägst värde starkast syra!
14 – 3.37 (pKa för HN02) = 10.63
14 – 9.31 (pKa för HCN) = 4.69
Lägst värde starkast bas!
KEMMA02/ © Sofi Elmroth 2011
”Vanliga pH”
pH
TABELL 11.1 & 2 pOH
”labkemikalier”
NaOH – caustic soda
KEMMA02/ © Sofi Elmroth 2011
Fråga: Hur sur kan en syra vara?
Exempel på SUPERSYRA
Triflourometansulfonsyra
”Triflic acid”
Ka ca 1015 pKa ca -15
Användning: kraftfullt protoneringsreagens
OBS!
3 starkt elektronegativa
grupper
KEMMA02/ © Sofi Elmroth 2011
11.9. Koppling - struktur och syrastyrka
Table 7: H-X Bond Strengths and pKa
H-X
STARK SYRA:
H+ ”trillar lätt av”
Minskande H-X
bindningsstyrka
Minskande pKa
dvs surare syra!
pKa
Bond Energy
[kJ/mol]
HF
3.1
567.7
HCl
-6.0
431.6
HBr
-9.0
365.9
HI
-9.5
298.0
http://www.vias.org/genchem/acidbase_equ_
12591_06.html
KEMMA02/ © Sofi Elmroth 2011
11.10. Oxosyror
syrastyrka och elektronegativitet
OXOSYROR
Surt H+ bundet till O
EXEMPEL:
Karboxylsyror
Svavelsyra
Salpetersyra
Fosforsyra
Halogener-oxosyror
KEMMA02/ © Sofi Elmroth 2011
Halogen - oxosyror
Oxidationstal
Syrastyrka
HClO4
HBrO4
HIO4
Elektronegativitet
KEMMA02/ © Sofi Elmroth 2011
Syrastyrka
HClO3
HClO
Starka syror då
1) höga oxidationstal; X
2) hög elektronegativitet; X
EFFEKT: försvagad H-O
bindning!
Karboxylsyror
SYRASTYKA
Princip: se halogener - oxosyror
Carboxylic Acids
pKa
Formic acid (HCO2H)
Acetic acid (CH3COOH)
Chloroacetic acid (CH2ClCO2H)
Dichloroacetic acid (CHCl2CO2H)
Trichloroacetic acid (CCl3CO2H)
Trifluoroacetic acid (CF3CO2H)
Oxalic acid (HO2CCO2H)
Benzoic acid (C6H5CO2H)
3.77
4.76
2.86
1.29
0.65
0.5
1.27
4.2
H  Cl
e-
KEMMA02/ © Sofi Elmroth 2011
Summering
TYPREAKTION
pH skalan
Syror deprotoneras
HA + H2O
A- + H3O+
Baser protoneras
B- + H 2 O
HB + OH-
EXEMPEL
Svavelsyra
Saltsyra
Perklor/bromsyra
Klor/bromsyra
Hypoklorit/bromitsyra
Fluorättiksyra
Ättiksyra
H2SO4
HCl
HClO4
HBrO4
HClO3
HBrO3
HClO
HBrO
CH2ClCO2H
CH3CO2H (HAc)
Ammoniak
Natriumhyroxid
Magnesiumhydroxid
Kalciumoxid
Natriumhydrid
NH3
NaOH
Mg(OH)2
CaO
NaH*
(*H2 avgår)
KEMMA02/ © Sofi Elmroth 2011