Sav bázis egyensúlyok vizes oldatban

Átírás

1 Sav bázis egyensúlyok vizes oldatban Disszociációs egyensúlyi állandó HAc H + + Ac - ecetsav disszociációja [H + ] [Ac - ] K sav = [HAc] NH 4 OH NH OH - [NH + 4 ] [OH - ] K bázis = [ NH 4 OH] Ammóniumhidroxid disszociációja

2 Savak disszociációja vizes oldatban [H + ] [A - ] HA H + + A - K s = [HA] Sav Ks pks Sósav Kénsav Salétromsav Triklórecetsav 3,0*10-1 0,52 Ecetsav 1,8*10-5 4,75 Erős savak Gyenge savak Kénessav 1,6*10-2 1,79 Szénsav 4,4*10-7 6,37

3 Bázisok disszociációja vizes oldatban [B + ] [OH - ] BOH B + + OH - K s = [BOH] Bázis K b Nátrium-hidroxid Lítium-hidroxid Kálium-hidroxid pk b Erős bázisok Etilamin 6,5*10-4 3,19 Ammónia 1,8*10-5 4,74 Piridin 1,8*10-9 4,75 Gyenge bázisok

4 Gyenge bázisok disszociációja vizes oldatban [BH + ] [OH - ] B + H 2 O BH + + OH - K s = [B] [H 2 O] Bázis K b pk b Etilamin 6,5*10-4 3,19 Ammónia 1,8*10-5 4,74 Piridin 1,8*10-9 4,75 B BH + NH 3 NH 4 + B CH 3 -CH 2 -NH 2 BH + CH 3 -CH 2 -NH 3 + B BH +

5 Víz disszociációja és a ph fogalma H 2 O H + + OH - [H + ] [OH - ] K = [H 2 O] [H 2 O] = konstans Mert az elbomlás mértéke elhanyagolható 1000g / 18(g/mol) = 55,6 mol K v = [H + ] [OH - ] = ph = - lg[h + ] és poh = -lg[oh - ] ph + poh = 14

6 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 pk v = ph + poh = 14,00

7 Erős savak és bázisok ph-ja disszociáció 100% [H + ] = [sav] ph = - lg[h + ] = - lg [sav] [OH - ] = [bázis] [H + ] [OH - ] = [H + ] = / [OH - ] = / [bázis] ph = - lg[h + ] = 14 + lg [bázis]

8 Gyenge savak ph-ja [H + ] [A - ] K HA H + + A - s = [HA] x = [H + ] = [A - ] << [HA] [H + ] [A - ] K s = [HA] [x] 2 = [sav] - x x 2 + K s.x - K s.[sav] =0 x = [H + ] = [HA] egyens. [HA] kiind. = [sav] x = [H + ] K s [sav] Pl.: ha K s = 1,8*10-5 és [sav] = 1 x = 0, ph = 2,372 K s + K 2 s + 4 K 2 s [ sav] Pl.: ha K s = 1,8*10-5 és [sav] = 1 x = 0, ph = 2,373

9 Többértékű savak disszociációja egyensúly pk a értéke H 3 PO 4 H 2 PO 4 + H + pk a1 = 2,15 H 2 PO 4 HPO H + pk a2 = 7,20 HPO 4 2 PO H + pk a3 = 12,37 Ha az egyes pk-k között a különbség kb. négynél több, akkor minden egyes termék önálló savnak tekinthető. A H 2 PO 4 sói kikristályosíthatók, ha az oldat ph-ját kb. 5,5-re állítjuk, A HPO 4 2 sók mintegy 10-es ph-jú oldatból kristályosíthatók ki.

10 Többértékű savak disszociációja: szénsav CO 2 oldódása vízben: reakció a víz molekulával H 2 CO 3 * oldott széndioxid szénsav dissziciáció disszociációs állandó 1. további disszociáció disszociációs állandó 2. KHCO 3 faktorozás NaHCO 3 szódabikarbóna Na 2 CO 3 mosószóda (lúgos!)

11 Karbonát hidrogénkarbonát egyensúly H 2 O + CO 2 H 2 CO 3 CaCO 3 + H 2 CO 3 Ca(HCO 3 ) 2 Vízkő képződés Változó keménység Vízkő eltávolítás Cseppkőképződés

12 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 + H 2 O NaOH + HCl Na + OH - H + Cl - Erős sav és erős bázis teljesen disszociál [H + ] = [OH - ] ph=7 semleges

13 Vizes sóoldatok sav-bázis tulajdonságai Savas hidrolízis Savas oldatokat képező sók Erős sav (pl. HCl) + gyenge bázis (pl.nh 4 OH) ammónium-klorid részlegesen disszociál teljesen disszociál NH 4 Cl + H 2 O NH 4 OH + HCl NH 4 + OH - H + Cl - [H + ] > [OH - ] ph < 7 savas

14 Vizes sóoldatok sav-bázis tulajdonságai Savas hidrolízis NH 4 Cl NH 4+ + Cl - NH 4 Cl + H 2 O NH 4 OH + HCl NH 4+ + H 2 O NH 4 OH + H + [NH K h = 4 OH] [H + ] [NH = 4 OH] [H + ] [OH - ] = [NH 4+ ] [NH 4+ ] [OH - ] K v K b [NH 4+ ] [OH - ] K b = [NH 4 OH] NH 4 OH NH 4+ + OH - K v = [H + ] [OH - ] = 10-14

15 Vizes sóoldatok sav-bázis tulajdonságai Lúgos hidrolízis Bázikus oldatokat képező sók Erős bázis (pl. NaOH) + gyenge sav (pl.ch 3 COOH) nátrium-acetát részlegesen disszociál teljesen disszociál CH 3 COONa + H 2 O CH 3 COOH + NaOH CH 3 COO - H + OH - Na + [H + ] < [OH - ] ph > 7 lúgos

16 Vizes sóoldatok sav-bázis tulajdonságai Lúgos hidrolízis CH 3 COONa + H 2 O CH 3 COOH + NaOH CH 3 COONa CH 3 COO - + Na + CH 3 COO - + H 2 O CH 3 COOH + OH - [HA] [OH - ] K h = [A - ] [HA] [OH - ] [H + ] = [HA] [H + ] K v = K s HA H + + A - [H + ] [A - ] K s = [HA] K v = [H + ] [OH - ] = 10-14

17 Erős sav kiszorítja a gyenge savat sójából CH 3 COONa + HCl CH 3 COOH + NaCl Az oldatba kerülő ionok: CH 3 COO - + Na + + H + + Cl - HAc H + + Ac - ecetsav disszociációja [H + ] [Ac - ] K s = [HAc] Az oldat összetétele: = 1,8*10-5 Na + + Cl - + CH 3 COOH és egy kevés CH 3 COO - + H + 1 mólos oldatok esetén ~ gyök(1,8*10-5 ) = 0,004 mol

18 Füstgáz tisztítás SO 2 + CaCO 3 = CaSO 3 + CO 2 anhidridre is igaz Kénessav 1,6*10-2 Szénsav 4,4*10-7 CaCO 3 + H 2 SO 4 = CaSO 4 + H 2 CO 3 H 2 CO 3 = H 2 O + CO 2 el is távozik a rendszerből de ugyan a foszforsav erősebb sav mint a kovasav H 3 PO 4 előállítása: - lepárlás C koksz kemencében 2 Ca 5 (PO 4 ) 3 F + 5SiO C = 9CaSiO 3 + CaF 2 +15CO+6P P illékony eltávozik a rendszerből > P 2 O 5 > H 3 PO 4

19 Sav-bázis indikátorok működése Indikátor-H: egy gyenge sav indikátor-h indikátor - + H + Metilvörös piros színű molekuláris forma 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

20 Sav-bázis indikátorok H + (+OH ) nincs hosszú konjugált részlet színtelen + H + Fenolftalein több gyűrűre átterjedő konjugált kötések közeli elektronállapotok színes

21 Sav-bázis indikátorok Sav-bázis titrálások

22 Sav-bázis indikátorok

23 Az eső természetes savassága és a savas eső Természetes savasság: H 2 O + CO 2 H 2 CO 3 H 2 O + H 2 CO 3 HCO 3 + H 3 O + ph 5, mészkő, vízkő képződése: Savas eső: SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3 SO 2 + O 3 = SO 3 + O 2 SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 2NO 2 + 2H 2 O = HNO 2 + HNO 3 H 2 CO 3 + CaCO 3 2HCO 3 + Ca 2+ (aq)

24 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.

25 Puffer rendszerek Gyenge sav és az erős bázissal alkotott sójának együttese CH 3 COOH + NaOH CH 3 COONa + H 2 O Ecetsav nátrium acetát puffer rendszer CH3COOH CH3COONa

26 Ecetsav nátrium acetát puffer Savas hatás esetén rendszer CH 3 COO - + Na + + CH 3 COOH + H + 2CH 3 COOH + Na + lényeg: Lúgos hatás esetén CH 3 COO - + H + CH 3 COOH CH 3 COO - + Na + + CH 3 COOH + OH - 2CH 3 COO - + Na + + H 2 O lényeg: CH 3 COOH + OH - CH 3 COO - + H 2 O

27 Ecetsav nátrium acetát puffer működése [ ][ ] HAc H + + Ac + H Ac [ ] [ ] + HAc H = K [ Ac ] - s = K s Ks = = 1,8* 10 [ sav] [ só] [ HAc] 5 Ha 1 mól ecetsavból és 1 mól nátrium-acetátból készítünk 1 dm 3 oldatot akkor a [sav] = 1 és a [só] = 1. [H + ] = K s = 1, ph = 4,75

28 Ecetsav nátrium acetát puffer működése HAc H + + Ac [ ] [ ] + HAc H = K [ Ac ] - s = K s [ sav] [ só] Ha 1 mól ecetsavból és 1 mól nátrium-acetátból készült 1 dm 3 oldathoz 0,1 mól HCl-t adunk akkor a [sav] = 1,1 és a [só] = 0,9 [H + ] = 1, * ph = 4,75 [ ] [ ] + 5 1,1 H = 1,8 10 [ 0,9] = 2, ph = 4,66 Ha egy ilyen ph-jú puffert nem tartalmazó oldathoz 0,1 mól sósavat (HCl) adunk akkor az új ph = 1

29 Ammóniumhidroxid ammónium klorid puffer rendszer Savas hatás esetén NH Cl - + NH 4 OH + H + 2NH 4+ + Cl - +H 2 O lényeg: NH 4 OH + H + NH 4+ + H 2 O Lúgos hatás esetén NH 4+ + Cl - + NH 4 OH + OH - 2NH 4 OH +Cl - lényeg: NH 4+ + OH - NH 4 OH

30 Hidrogén karbonát puffer rendszer Egy komponensű puffer: hidrogén karbonát ion HCO + H + H CO HCO + OH CO + H O 3 3 2

31 Szervetlen szén rendszer A levegőben lévő CO 2 képes a vízbe beoldódni Hogy milyen formában jelenik meg a vízben az a ph-tól függő. - ph < 4,5 CO 2 és H 2 CO 3-4,5 < ph < 8,3 CO 2 ; H 2 CO 3 és HCO ph > 8,3 HCO 3- és CO 3 2-