Kémiai alapismeretek 6. hét Horváth Attila Pécsi Tudományegyetem, Természettudományi Kar, Kémia Intézet, Szervetlen Kémiai Tanszék biner 2013. október 7-11. 1/15 2013/2014 I. félév, Horváth Attila c
Egyensúly: Az az állapot, ahol a két irányba lejátszódó folyamatok sebessége egyenlő. egyensúly: Olyan egyensúly, amelyben a résztvevő anyagfajták mindegyike egy fázisban van. Elektrolitok azok a vegyületek, amelyek oldatban vagy olvadék állapotukban ionjaikra esnek szét. Disszociáció fok: A szétesés mértéke. Def.: biner α = disszociált molekulák száma eredeti molekulák száma Erős elektrolit: Teljes disszociáció, azaz α=1. Pl.: HCl, NaOH, NaCl, K 2 SO 4, stb. Gyenge elektrolit: Csak részleges a disszociáció, azaz α < 1. Pl.: CH 3 COOH, NH 3, H 2 PO 4, stb. 2/15 2013/2014 I. félév, Horváth Attila c
Biner MA M + + A K d = [M+ ][A ] [MA] vagy K d = [M+ ][A ] [MA]c 0 MA M + + A Kiindulás c 0 0 Változás -x +x +x Egyensúly c-x x x biner Mivel α=x/c Ostwald-féle hígítási törvény: K d = [M+ ][A ] = x2 [MA] c x = cα2 1 α 3/15 2013/2014 I. félév, Horváth Attila c
Tiszta vízben: [H 2 O]= n H 2 O V = H 2 O autoprotolízise: 1000 g H 2 O H + + OH 18 g/mol =55,55 M (áll.!) 1 dm3 Alkalmazva a tömeghatás törvényét (+K v=k d [H 2 O] állandó): K d = [H+ ][OH ] [H 2 O] [H 2 O]áll. K v = [H + ][OH ]() biner Definíció: ph= log[h + ] és poh= log[oh ]. Így: pk v =ph+poh (!!!) Ha K v =10 14 T=25 C pk v =14 14=pH+pOH Savas az oldat, ha [H + ]>[OH ]; lúgos ha [OH ]>[H + ]. Semleges az oldat, ha [H + ]=[OH ]. 4/15 2013/2014 I. félév, Horváth Attila c
Sav-bázis elméletek Sav Bázis savanyú keserű sav+bázis=só Lavoisier O-tartalmú HCl (sav?) Arrhenius vízben oldva vízben oldva benzolban? [H + ] nő [OH ] nő Brönsted proton proton partnerfüggő Lowry leadás felvétel BF 3 (?) Lewis e -pár e -pár akceptor (BF 3 ) donor (NH 3 ) akvakomplexek biner 5/15 2013/2014 I. félév, Horváth Attila c
Erős elektrolit: Teljes disszociáció. [H + ] [OH ] ph erős sav 0,1M HClO 4 0,1 M 1 erős bázis 0,1M NaOH 0,1 M 13 erős sav 10 8 M HNO 3 10 8 M?? 8?? Töltésmérleg: [H + ]=[OH ]+[NO 3 ], de [NO 3 ]=10 8 M (teljes disszociáció). K v =[H + ][OH ]=[H + ]([H + ]-10 8 ), ha K v =10 14, akkor Másodfokú egyenlet: (csak a pozitív megoldás értelmes) [H + ]=1,05 10 7 M ph=6,98 (savas!!) biner 6/15 2013/2014 I. félév, Horváth Attila c
: Részleges disszociáció HA A + H + B+H 2 O BH + + OH kiindulás c c reagál -x +x +x -x +x +x egyensúly c-x x x c-x x x Tömeghatás törvény: K d =x 2 /(c-x) x-re másodfokú egyenlet. Átrendezve: x 2 +K d x-k d c=0 x 1,2 = K d ± K 2 d + 4cK d 2 A két megoldás közül csak a pozitívnek van értelme. Alternatív megoldás: Ha c x, akkor K d = x2 c x 1,2 =± K d c Csak pozitív megoldás lehet jó!! biner 7/15 2013/2014 I. félév, Horváth Attila c
: Számítsa ki az 1.) 0,1 M és a 2.) 0,0001 M ecetsav oldatok ph-ját! K d (ecetsav)=2 10 5. 1 Másodfokú egyenlet: x 2 +2 10 5 x-2 10 5 0,1=0 x 1,2 = 2 10 5 ± (2 10 5 ) 2 4 0, 1 ( 2 10 5 ) = 2 1,40 10 3 vagy negatív ph=2,85. Alternatív: x1,2 =± K d c= 2 10 6 =1,40 10 3 ph=2,85. Működik az egyszerűsített formula, mert c x, azaz 0,1 1,40 10 3 2 Másodfokú egyenlet:x 2 +2 10 5 x-2 10 5 0,0001=0 x 1,2 = 2 10 5 ± (2 10 5 ) 2 4 0, 0001 ( 2 10 5 ) = 2 3,58 10 5 vagy negatív ph=4,45. Alternatív: x1,2 =± K d c= 2 10 9 =4,47 10 5 ph=4,35. Már nem működik tökéletesen! biner 8/15 2013/2014 I. félév, Horváth Attila c
: Mekkora a 0,0001 M NH 3 oldat ph-ja, ha K d (NH 3 )=1,8 10 5 és K v =1,14 10 14? Megoldás: Másodfokú egyenlet:x 2 +1,8 10 5 x-1,8 10 5 0,0001=0 x=[oh ]=3,44 10 5 M K v [H + 14 10 14 ]= [OH =1, ] 3, 44 10 5 =3,31 10 10 ph=9,48 Vigyázat ph+poh 14 (!!) biner 9/15 2013/2014 I. félév, Horváth Attila c
Többértékű savak: Többlépcsős protonleadás: H 3 PO 4 H 2 PO 4 + H+ K 1 H 2 PO 4 HPO2 4 + H + K 2 HPO 2 4 PO 3 4 + H + K 3 K 1 >K 2 >K 3 (Elektrosztatika!) Bruttó folyamat: K= [H+ ] 3 [PO 3 4 ] =K 1 K 2 K 3 [H 3 PO 4 ] Saverősség nő K növekedésével. amfoter elektrolit: képes proton felvételre és leadásra is. Pl.: HCO 3, H 2 PO 4, stb. Konjugált sav-bázis pár: A pár két tagja között csak egy H + vagy OH különbség van. HCl erős sav Cl gyenge bázis KOH erős bázis K + gyenge sav biner 10/15 2013/2014 I. félév, Horváth Attila c
só kation anion kémhatás NaCl Na + Cl semleges gyenge sav gyenge bázis CH 3 COONa Na + CH 3 COO CH 3 COO +H 2 O lúgos gyenge sav erős bázis CH 3 COOH+OH NH 4 Cl NH + 4 Cl NH + 4 + H 2O savas erős sav gyenge bázis NH 3 +H 3 O + biner 11/15 2013/2014 I. félév, Horváth Attila c
: Számítsa ki a 0,01 M-os nátrium-acetát oldat ph-ját, ha tudja, hogy K d (CH 3 COOH)=2 10 5 és K v=1,1 10 14! Megoldás: Tömeghatás törvénye: CH 3 COO + H 2 O CH 3 COOH + OH K h = [CH 3COOH][OH ] [CH 3 COO = [CH 3COOH]K v ] [H + ][CH 3 COO ] = K v = K d 5, 5 10 10 CH 3 COO + H 2 O CH 3 COOH + OH Kiindulás 0,01 M 0 0 Változás -x +x +x Egyensúly 0,01-x x x x 2 K h =5,5 10 10 = 0, 01 x x 2 +5,5 10 10 x-5,5 10 12 =0 x 1,2 = 5, 5 10 10 ± (5, 5 10 10 ) 2 + 4 5, 5 10 12 2 Fizikailag értelmes megoldás: x=2,34 10 6 M =[OH ] K v [H + ]= [OH ] =4,69 10 9 M ph=8,33 12/15 2013/2014 I. félév, Horváth Attila c biner
: Egy gyenge sav és annak erős bázissal alkotott sójának vagy egy gyenge bázis és annak erős savval alkotott sójának együttese. Pl.: (HAc+NaAc vagy NH 3 +NH 4 Cl) CH 3 COOH CH 3 COO + H + Kiindulás c sav c só Változás x +x x Egyensúly c sav x c só +x x K d = (c só + x)x (c sav x) c sóx c sav, ha x c só, c sav biner [H + ]=x=k d c sav c só ph=pk d log c sav c só Bázikus puffer esetén: ph=pk v pk d log c só c bázis ph szabályozás: sav/só arány vagy só/bázis arány Alkalmazás sav/lúg hozzáadás tompítása. 13/15 2013/2014 I. félév, Horváth Attila c
Példa: 0,1 M NaAc és 0,1 M HAc oldat (K d (HAc)=2 10 5 : ph=pk d log 0, 1 0, 1 =4,70 1 dm 3 oldat ph kezd +0,01 mol sav ph új ph H 2 O 7 0,01 M 2-5 0,1M HAc/ 4,70 2 10 5 0,11/0,09 4,61-0,09 0,1M NaAc Alkalmazás: vér ph-ja 7,35 és 7,45 között van. Ezt a H 2 CO 3 /HCO 3 és a H 2 PO 4 /HPO2 4 pufferek tartják fenn. biner 14/15 2013/2014 I. félév, Horváth Attila c
AgCl(sz) Ag + (aq)+cl (aq) Tömeghatás törvénye: K= [Ag+ ][Cl ] [AgCl] szilárd anyagok koncentrációja állandó (ezt a meglevő szilárd fázis biztosítja) beolvasztható a K-ba. L=[Ag + ][Cl ], ahol L az oldhatósági szorzat. Általánosan A a B b aa + bb L = [A] a [B] b biner 15/15 2013/2014 I. félév, Horváth Attila c