Savak bázisok. Csonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 1 /43

Átírás

1 Savak bázisok 12-1 Az Arrhenius elmélet röviden 12-2 Brønsted-Lowry elmélet 12-3 A víz ionizációja és a p skála 12-4 Erős savak és bázisok 12-5 Gyenge savak és bázisok 12-6 Több bázisú savak 12-7 Ionok mint savak vagy bázisok 12-8 A molekulaszerkezet szerepe 12-9 Lewis savak és bázisok Fókuszban: savas eső. sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 1 /43

2 12-1 Az Arrhenius elmélet röviden A savak + (aq) a bázisok - (aq) ionokra disszociálnak. 2 l(g) + (aq) + l - (aq) 2 Na(s) Na + (aq) + - (aq) Na + (aq) + - (aq) + + (aq) + l - (aq) 2 (l) + Na + (aq) + l - (aq) + (aq) + - (aq) 2 (l) Az Arrhenius elmélet nem kezeli jól a nem - ionra disszociáló bázisokat, mint az ammónia. sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 2 /43

3 12-2 Brønsted-Lowry elmélet Sav: proton donor. Bázis: proton akceptor. bázis N N N N sav sav bázis sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 3 /43

4 Bázis ionizációs egyensúlyi állandója bázis sav konjugált sav N N [N 4+ ][ - ] K c = [N3 ][ 2 ] konjugált bázis K b = K c [ 2 ] = [N 4+ ][ - ] = M [N 3 ] K b a bázis ionizációs egyensúlyi állandója. sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 4 /43

5 Sav ionizációs egyensúlyi állandója sav bázis konjugált bázis [ 3 2- ][ 3 + ] K c = [3 2 ][ 2 ] konjugált sav [ 3 2- ][ 3 + ] K a = K c [ 2 ] = = 1, M [ 3 2 ] K a a sav ionizációs egyensúlyi állandója. sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 5 /43

6 12-3 A víz ionizációja és a p skála sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 6 /43

7 A víz ionszorzata (T=298 K, p = p 0 ) base acid conjugate acid conjugate base [ 3 + ][ - ] K c = [2 ][ 2 ] K W = K c [ 2 ][ 2 ] = [ = 1, M ][ - ] sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 7 /43

8 p és p 1909-ben ideális elegyben a hidrogén ion potenciálját úgy definiálták, mint -log[ 3 + ]. Nem ideális elegyben az aktivitással kell számolni. p = -log[ 3 + ] p = -log[ - ] K W = [ 3 + ][ - ]= 1, logk W = -log[ 3 + ]-log[ - ]= -log(1, ) pk W = p + p= -(-14) pk W = p + p = 14 sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 8 /43

9 p és p Skála sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 9 /43

10 12-4 Erős savak és bázisok l 3 2 Thymolkék indikátor p < 1,2 < p < 2,8 < p sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 10 /43

11 12-5 Gyenge savak és bázisok Ecetsav, vagy 3 2 sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 11 /43

12 Gyenge savak [ 3 2- ][ 3 + ] K a = = 1, [ 3 2 ] pk a = -log(1, ) = 4,74 Tejsav 3 () 2 R glicin 2 N 2 2 sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 12 /43

13 Table 7.3 Gyenge savak és bázisok ionizációs állandói sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 13 /43

14 Példa 12-5 A K a meghatározása egy gyenge sav vizes oldatának p-ja alapján. A vajsavat, , szirupok készítéséhez is használják. A 0,250 M vizes oldatában a p=2,72. atározzuk meg K a -t K a =? Megoldás: A p alapján látható, kogy a K a sokkal nagyobb lehet, mint a K W. Ezért a víz disszociációjával nem számolunk. sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 14 /43

15 Példa Kezdeti konc. 0,250 M 0 0 Változás -x M +x M +x M Egyensúlyi konc. (0,250-x) M x M x M A víz koncentrációt itt nem kell figyelembe vennünk, benne van a K a értékében. sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 15 /43

16 Példa log[ 3 + ] = -p = -2,72 [ 3 + ] = 10-2,72 = 1, = x [ 3 + ] [ ] 1, , K a = = [ ] (0,250 1, ) K a = 1, Ellenőrizzük: K a >> K W. sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 16 /43

17 Disszociáció százalék A A - Disszociációfok = [ 3 + ] a savból származó [A] eredeti koncentráció Disszociáció százalék = [ 3 + ] a savból 100% [A] eredeti konc. sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 17 /43

18 Disszociáció százalék-p K a = [ 3 + ][A - ] [A] K a = n 3 n + A - n A 1 V sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 18 /43

19 12-6 Több-bázisú savak Foszforsav: három-bázisú sav. 3 P P 4-2 P P 4 2- P P 4 3- K a1 = 7, K a2 = 6, K a3 = 4, sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 19 /43

20 Foszforsav K a1 >> K a2 Minden 3 + az első lépésben keletkezik. 2 P 4 - gyakorlatilag nem ionizálódik tovább. Feltételezzük: [ 2 P 4- ] = [ 3 + ]. [P 4 2- ] K a2 a molaritástól függetlenül. sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 20 /43

21 Példa 12-9 Ion koncentrációk Poliprotikus sav oldatban. 3,0 M 3 P 4 oldat, számítsuk ki: (a) [ 3 + ]; (b) [ 2 P 4- ]; (c) [P 2-4 ] (d) [P 3-4 ] 3 P P Kezdeti konc. 3,0 M 0 0 Változások -x M +x M +x M Egyensúlyi konc. (3,0-x) M x M x M sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 21 /43

22 Példa P P K a1 = [ 3 + ] [ 2 P 4- ] [ 3 P 4 ] = x x (3,0 x) = 7, Tegyük fel x << 3,0 x 2 = (3,0)(7, ) x = 0,14 M [ 2 P 4- ] = [ 3 + ] = 0,14 M sak a pozitív gyök magoldás sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 22 /43

23 Példa P P Kezdeti konc. 0,14 M 0 0,14 M Változások -y M +y M +y M Egyensúlyi konc. (0,14 - y) M y M (0,14 +y) M [ 3 + ] [P 2-4 ] y (0,14 + y) K a2 = = = 6, [ 2 P 4- ] (0,14 - y) y << 0,14 M y = [P 4 2- ] = 6, sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 23 /43

24 Példa 12-9 P P [ 3 + ] [P 3-4 ] (0,14)[P 3-4 ] K a3 = = = 4, M [P 2-4 ] 6, [P 4 3- ] = 1, M sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 24 /43

25 Tablázat 7.4 Poliprotikus savak ionizációs konstansai sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 25 /43

26 Kénsav Kénsav: diprotikus sav. 2 S S 4 - S S 4 2- K a =, nagyon nagy pk a = 1,96 sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 26 /43

27 12-7 Ionok mint savak és bázisok bázis sav N N bázis sav [N 3 ] [ 3 + ] K a = [N 4+ ] =? [N 3 ] [ 3 + ] [ - ] K a = [N 4+ ] [ - ] = K W K b = 1, , = 5, K a K b = K w sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 27 /43

28 idrolízis A víz (hydro) kötésfelhasadást (lysis) okoz. Na Na l l Nincs reakció Nincs reakció N N idrolízis sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 28 /43

29 12-8 Molakulaszerkezeti okok A l miért erős, a F miért gyenge sav? A 3 2 miért erősebb sav, mint a 3 2? A molekulaszerkezet és a saverősség összefügg. A kötés disszociációs energiája más vizes közegben, mint gáz halmazállapotban. sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 29 /43

30 Kétatomos savak erőssége I Br l F Kötéshossz Kötésenergia 160,9 > 141,4 > 127,4 > 91,7 pm 297 < 368 < 431 < 569 kj/mol Saverősség 10 9 > 10 8 > 1, >> 6, F + 2 [F ] F ionpár -kötés szabad ionok sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 30 /43

31 xosavak erőssége Elektron elvonás az kötés oxigén atomjától: Nagy electronegativitású (EN) központi atom. Sok atom a központi atom körül. --l --Br EN, = 3,0 EN Br = 2,8 K a = 2, K a = 2, sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 31 /43

32 A klór oxosavainak erőssége, l, l Elektron gazdag Elektronszegény sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 32 /43

33 A klór oxosavainak erőssége, l 3, l 4 Elektron gazdag Elektronszegény sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 33 /43

34 xosavak erőssége S S K a 10 2 K a =1, Kénsav erős Kénessav gyenge Az oxigének számának eggyel való növelése 4-5 nagyságrenddel növeli az oxosav erősségét. sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 34 /43

35 Szerves savak erőssége ecetsav etanol K a = 1, K a =1, sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 35 /43

36 A keletkező anionok szerkezete sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 36 /43

37 sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 37 /43 A lánchosszúság hatása - - K a = 1, K a = 1,3 10-5

38 Szubsztituens hatás K a = 1, K a = 1, l - sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 38 /43

39 Aminok báziserőssége N Br N ammónia brómamin pk b = 4,74 pk b = 7,61 sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 39 /43

40 sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 40 /43 Aminok báziserőssége pk b = 4,74 pk b = 3,38 pk b = 3,37 metilamin etilamin propilamin N 2 N 2 N 2

41 12-9 Lewis savak és bázisok Lewis sav Elektron pár akceptor (atom, ion vagy molekula). Lewis bázis Elektron pár donor. bázis sav addukt sonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 41 /43

42 Fókusz: savas eső N N 3 + N sonka Gábor Általános Kémia: 12. Savak és bázisok Dia 42 /43