Transcript Hape-alus_tasakaal

HAPE-ALUS
TASAKAAL
Teema nr 2
Tugevad happed
◦ Tugevad happed on lahuses täielikult dissotiseerunud
◦ H+ sisaldus lahuses on võrdne happe analüütilise kontsentratsiooniga
◦ Nt HNO3 HCl H2SO4 (esimeses astmes)
◦ pKa väärtused on negatiivsed
Nõrgad happed
◦ Happed, mis dissotsieeruvad lahuses osaliselt
◦ Nt CH3COOH, fenool ja paljud teised
◦ Nt äädikhappe lahuses on nii äädikhappe molekulid kui ka atsetaatioonid
◦ Fenooli lahuses on nii fenooli molekulid kui ka fenolaatioonid jne
◦ pKa väärtused 0 - ….
CH 3COOH
Hape
CH 3COO   H 
Happega konjugeeritud alus
pKa ja pKb
◦ Äädikhappe dissotsiatsiooni
Ka 
CH 3COOH  CH 3COO   H 
H CH COO 


3
CH 3COOH 
a sõnast acid (ing k)
◦ Atsetaatiooni, kui aluse, reaktsioonile veega
CH 3COO   H 2O
CH 3COOH  OH 
vastab konstant:
Kb

CH 3COOH OH  

CH COO 

3
b sõnast base (ing k)
kirjeldab dissotsatsioonikonstant:
Analüütiline ja tasakaaluline
kontsantratsioon
◦ Mingi aine analüütiline kontsentratsioon lahuses näitab, milline kogus seda ainet on
lahusele lisatud või muul moel sinna jõudnud)
◦ Aga aine ei pruugi seal olla sellel kujul, nagu ta lisati
◦ Tähitsame tähega „c“
◦ Mingi osakese tasakaaluline kontsentratsioon lahuses väljendab selle konkreetse
osakese sisaldust selles lahuses
◦ Tähistame [osake]
◦ Näide:
◦ Lisades veele CH3COOH ta osaliselt jääb CH3COOH kujule ja osaliselt ioniseerub andes
CH3COO–
◦ c(CH3COOH) = [CH3COOH] + [CH3COO-]
pH
 
pH   log H 
◦ Tugevate hapete puhul
   
pH   logH    logcHCl 
cHCl   Cl   H 




◦ On kasutuses ka mõiste pOH   log OH
pH  pOH  lahusti _ pK auto
◦ Vesikeskkonnas
pH  pOH  14
◦ NB! Selles kursuses me tegeleme lahjade lahustega ning eeldame, et γ≈1
Nõrga happe lahuse pH
◦ Vaatleme äädikhappe näitel
CH 3COO   H 
CH 3COOH
H CH COO 


Ka

3
CH 3COOH 
◦ Kuna x mol äädikhappe dissotsiatsioonil tekib x mol atsetaati ja x mol prootoneid, siis:
CH COO   H 

(1)

3
◦ Äädikhappe analüütilise kontsentratsiooni saab siduda tasakaaluliste
kontsentratsioonidega


 
cCH 3COOH   CH 3COO   CH 3COOH   H   CH 3COOH 
CH 3COOH   cCH 3COOH   H


(2)
◦ Asendades (1) ja (2) dissotsiatsioonikonstandi avaldisse:
H CH COO  



H H 


CH 3COOH  cCH 3COOH   H  
2
K a cCH 3COOH   H    H  
Ka
3
◦ Jääb ruutvõrrandi lahendamine
Nõrga aluse lahuse pH
◦ Vaatleme ammoniaagi näitel

NH 4  OH 
NH 3  H 2O
NH OH 


Kb

4
NH 3 
◦ Kuna x mol ammoniaaki reageerib veega tekib x mol ammoonium ioone ja x mol
hüdroksiidioone, siis:
NH   OH 


4
◦ Äädikhappe analüütilise kontsentratsiooni saab siduda tasakaaluliste
kontsentratsioonidega



c NH 3   NH 3   NH 4  NH 3   OH 

NH 3   cNH 3   OH  

◦ Asendades (1) ja (2) dissotsiatsioonikonstandi avaldisse:
NH OH   OH OH 





NH 3 
cNH 3   OH  
2
K b cNH 3   OH    OH  
Kb
4
OH   ...  pOH  ...pH  14  pOH

Keskkonna dissotsiatsioon
◦ Vesi on protoonne solvent, seega võivad ka tema autoprotolüüsist tekivad prootonid
mõjutada lahuses olevat prootonite üldhulka
H 2O
H   OH 
◦ Vee autoprotolüüsi pole tarvis arvestada kui
H 

happe _ dissotsatsioonist
 
 H 
vee _ autoprotolüüsist
◦ Seejuures kummagi prootonite „allika“ suurusjärku on võimalik hinnata:
H 
H 


vee _ autoprotolüüsist
 chape K a 
1/ 2
happe _ dissotsatsioonist
 Kw
1/ 2
Soolade hüdrolüüs
CH 3COO   H 2O
CH 3COOH  OH 
Kb

CH 3COOH OH  

CH COO 

3
◦ Naatrium atsetaat dissotseerub täielikult ning atsetaatioonid hüdrolüüsuvad osaliselt:


csool  CH 3COO  CH 3COOH
◦ Hüdrolüüsil tekkiva äädikhappe ja hürdroksiidioonide hulk on võrdne
CH 3COOH  OH 


◦ Tehes vastavad asendused Kb valemisse saame:
Kb

CH 3COOH OH  


CH COO 

3
OH 
 OH 
 2
c sool

◦ Jääb lahendada ruutvõrrand
Dissotsatsiooniaste
◦ Ühealuselise happe HA jaoks:

A  

c HA
A 
HA  A 


◦ Kahealuselise happe H2A jaoks:
HA 
c
H A  HA   A 
A  
A 

c
H A  HA   A 
 1
HA  

H2 A
2

2
H2 A

2

2
2
2
2
Arvuliselt saame leida
 0
H 2 A 
cH2 A
HA  


1
2
cH2 A
A  

2
cH2 A
H 2 A
H 2 A  HA

  A 
2

1
1  K1
HA 

H A  HA   A  1  K
K1


2
2
1
A 

H A  HA   A  1  K

 K1 K 2
2
1
 2

H  

K1 K 2
H 
 2
H 
H  

H 
H 
K1 K 2
2
2
H 

 2
K1 K 2
H 
 2
Puhverlahused
◦ Lahused, mille on võime pH-d säilitada hapete-aluste lisamisel
◦ Nõrga happe ja tema soola lahus
◦ Nõrga aluse ja tema soola lahus
◦ Puhverdusala on pH vahemikus: pKa±1
Näiteks
◦ Oletame, et meil on atsetaatpuhver:
◦ Lahuses on CH3COOH ja CH3COO-
◦ Happe lisamisel:
CH 3COO  H   CH 3COOH
◦ Aluse lisamisel:
CH 3COOH  OH   CH 3COO  H 2O
Puhverlahuse pH arvutamine
◦ Lähtume dissotsatsioonikonstandi avaldisest:
Ka 
H CH COO 


3
CH 3COOH 
◦ Miinuslogaritmimisel saame:
 
 log K a   log H   log
pK a  pH  log
c sool
c hape
pH  pKa  log
c sool
c hape
CH COO 

3
CH 3COOH 
◦ Viimast nimetatakse puhvarlahuse valemiks