Definisjoner Brønsted, En syre er et stoff som kan spalte av protoner En base er et stoff som kan ta opp protoner

Transkript

1 Syrer og baser

2 Definisjoner Brønsted, 1923 En syre er et stoff som kan spalte av protoner En base er et stoff som kan ta opp protoner

3 Syrer Genrelt uttrykk HB H + + B - syre H + + korresponderende base Kalles for et syre-base par Eksempler HCN H + + CN - HCO 3 - H + + CO 3 2- ioner H 2 SO 4 H + + HSO 4 - toverdig (flerverdig) HSO 4 - H + + SO 4 2-

4 Baser Generelt uttrykk B - + H + HB base + H + korresponderende syre Eksempler NH 3 + H + NH 4 + HCO H + H 2 CO 3 Amfotære egenskaper Stoffer som kan fungere både som syre og base har amfotære egenskaper Eksempel HCO 3 -

5 Protolysereaksjoner Reaksjoner hvor protoner blir spaltet av eller tatt opp Syrer og baser kalles protolytter For at en syre skal kunne reagere som syre og spalte av et proton, må det være en base til stede som kan ta opp protonet. Ved syre-basereaksjoner blir altså protoner overført fra et stoff (syren) til et annet stoff (basen).

6 Syrer og baser i vann Syrer er ofte vandige løsninger Baser er ofte faste stoffer. Løses som regel i vann før bruk. Syre i vann HB + H 2 O B - + H 3 O + H 3 O + oksoniumion Base i vann B - + H 2 O HB + OH - OH - hydroksidion Alle vandige syreløsninger inneholder overskudd av H 3 O + -ioner og alle vandige baseløsninger inneholder overskudd av OH - -ioner.

7 Syre- og basestyrke

8 Syre- og basestyrke Eksperimenter viser at for reaksjonen HCl + H 2 O H 3 O + + Cl - er likevekten forskjøvet mot høyre Eksperimenter viser at for reaksjonen HAc + H 2 O H 3 O + + Ac - er likevekten forskjøvet mot venstre Sterk syrer Svak syre Stor evne til å spalte av protoner Liten evne til å spalte av protoner

9 Sterke syrer HB + H 2 O H 3 O + + B - Sterkt/fullstendig forskjøvet mot høyre Syren er fullstendig dissosiert Løser 0,1 mol HCl i en liter vann HCl H 3 O + + Cl - 0,1 M H 3 O + og 0,1M Cl -

10 Sterke baser B - + H 2 O HB + OH - Sterkt/fullstendig forskjøvet mot høyre Basen er fullstendig dissosiert Løser 0,1 mol NaOH i 1 liter vann NaOH Na + + OH - 0,1M Na + og 0,1M OH - Vanlige sterke baser er hydroksider av metaller i hovedgruppe 1 og 2

11 Det periodiske system

12 Svake syrer Reaksjonen HB + H 2 O H 3 O + + B - er forskjøvet mot venstre, HB er en svak syre Definerer syrekonstanten K a K a = [ O ][ B ] + H 3 [ HB] [H 2 O] inngår ikke i utrykket da aktiviteten konsentrasjonen blir 1 når løsningene er tilstrekkelig fortynnet.

13 Svake baser Reaksjonen B - + H 2 O HB + OH - er forskjøvet mot venstre, B - er en svak base. Definerer basekonstanten K b K b = [ HB ][ OH ] [ B ] [H 2 O] settes til 1 fordi løsningene er sterkt fortynnet.

14 Korresponderende syre-basepar For et korresponderende syre-basepar blir da produktet: a b [ ][ ] + H O B [ HB] [ ][ ] HB OH [ ] B [ ][ ] + H3O OH K w 3 K K = = = der K w er vannets ioneprodukt ved 25 C K w = 1,0 x For et korresponderende syre-basepar gjelder at: K a x K b = K w

15 Salter og oksider i vann Salter, syrer og baser i vann ioner som enten ikke reagerer med vann, eller reagerer som syre eller base. Reagerer ikke, er nøytrale overfor vann: Ioner som dannes fra sterke baser (Li +, Na +, K +, Ca 2+, Ba 2+ ) Ioner som dannes fra sterke syrer (Cl -, Br -, I -, NO 3-, ClO 4- ) 3 muligheter når et salt løses i vann: 1. Ingen av ionene reagerer med vann løsningen endrer ikke surhetsgrad 2. Et av ionene reagerer med vann som syre løsningen blir sur som base løsningen blir basisk 3. Begge ionene reagere med vann løsningens surhet vil avhenge av ionenes styrke som syre og base Sure og basiske oksider Metalloksider: Mange reagerer med vann og gir baser Ikke-metalloksider: Mange reagerer med vann og gir syrer

16 Egenprotolyse - Autoprotolyse til vann I rent vann ved 25 C: [H 3 O + ] = [OH - ] = 1,0 x 10-7 mol/liter Dannes ved vannets egenspalting - autoprotolyse H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH - Likevekt etter Gulberg-Waages lov K = [H 3 O + ] [OH - ] = K w = 1,0 x K w :Vannets ioneprodukt - protolysekonstant K w = [H 3 O + ] [OH - ] = K w = 1,0 x Gjelder også i løsninger når konsentrasjonen av løste stoffer er lav. Tilsetter syre [H 3 O + ] øker [OH - ] avtar Tilsetter base [OH - ] øker [H 3 O + ] avtar Løsningen er sur når: [H 3 O + ] > 1,0 x 10-7 og [OH - ] < 1,0 x [H 3 O + ] > [OH - ] Løsningen er basisk når: [H 3 O + ] < 1,0 x 10-7 og [OH - ] > 1,0 x [H 3 O + ] < [OH - ]

17 ph - begrepet ph definert ved - ph = -lg [H 3 O + ] o ph < 7,0 løsningen er sur o ph = 7,0 løsningen er nøytral o ph > 7,0 løsningen er basisk Bruker notasjonen p for å markere den negative logaritmen også i andre sammenhenger, f.eks. poh = -lg [OH - ] og pk = -lg K For vann gjelder - K w = [H 3 O + ] [OH - ] = o -lg [H3O+] + (-lg [OH-]) = +14 o ph + poh = 14

18 Reaksjon mellom sterk syre og Reaksjon: sterk base H 3 O + + OH - H 2 O + H 2 O Vannets ioneprodukt: K w = [H 3 O + ] [OH - ] = 1,0 x Tilsetting av base ph stiger Syre/base-indikatorer Stoffer som gir ulik farge avhengig av ph. Innenfor et gitt ph-område, omslagsområdet, vil fargen være en mellomting. Eks.: Bromtymolblått ph < 6,0 gul 6,0 < ph < 7,6 grønn ph > 7,6 blå

19 Titrering - Bestemme mengde av syre eller base I en løsning med ukjent konsentrasjon (syre/base) tilsettes en indikator. Deretter tilsettes en løsning (base/syre) med kjent konsentrasjon. Indikatoren skifter farge når all syre/base i den ukjente løsningen er brukt opp. Fra volum og konsentrasjon av den kjente løsningen kan så konsentrasjon av aktuelt stoff i den ukjent løsningen beregnes.

20 Fellesioneffekt Løser 0,1 mol HCOOH i vann til 1,0 liter løsning. Reaksjon HCOOH + H 2 O H 3 O + + HCOO - Ved likevekt er ph = 2,4 Tilsetter 0,10 mol HCOONa uten at løsningens volum endres ( tilnærming) Ifølge Le Chateliers prinsipp vil systemet prøve å motvirke forandringen. HCOONa spaltes til HCOO - og Na +, dvs. vi øker [HCOO - ] i reaksjonsligningen ovenfor. Reaksjonen vil gå mot venstre for å motvirke konsentrasjonsøkningen. Dette vil samtidig føre til at [H 3 O + ] avtar og ph vil øke. Denne effekten kalles fellesioneffekt fordi vi tilsetter et ion som er der fra før. Fellesioneffekten opptrer når en svak syre HB blandes med en saltløsning som inneholder B - - ionet syre/svak base blir blandet med en saltløsning som inneholder et av de ionene som syren/basen gir ved reaksjon med vann

21 Bufferløsninger En bufferløsning er en løsning som i liten grad endrer eller ph når tilsetning av mindre mengder sterk syre eller sterk base En bufferløsning lages ved å blande en svak syre med den korresponderende basen HCOOH + H 2 O + HCOO - HAc + H 2 O + Ac -