Når vi snakker om likevektskonstanter for syrer og baser så er det alltid syren eller basen i reaksjon med vann

Transkript

1 Kapittel 16 Syrer og baser Repetisjon 1( ) 1. Syrer og baser Likevektsuttrykk/konstant Når vi snakker om likevektskonstanter for syrer og baser så er det alltid syren eller basen i reaksjon med vann Vi har syren HA: HA(aq) H 2 O(l) A - (aq) H 3 O (aq) [ A ][ H O ] 3 K a = [ HA] Vi har basen A - : A - (aq) H 2 O(l) HA(aq) OH - (aq) K b = [ HA] OH A Konjugerte syre og base par Når en syre avgir proton blir det dannet en base. Denne basen er den korresponderende basen og vi har et korresponderende syre base par. CH 3 COOH (aq) H 2 O (l) CH 3 COO - (aq) H 3 O (aq) syre korr. base Korresponderende syre-base par:ch 3 COOH/CH 3 COO - En har det samme for base: Når en base avgir proton blir det dannet en syre. Denne syren er den korresponderende syren og vi har et korresponderende syre base par. NH 3 (aq) H 2 O (l) NH 4 (aq) OH - (aq) base korr.syre Syre og base styrken Sterk syre/base likevekten forskyvd mot høyre Svak syre/base likevekten forskyvd mot venstre - K a / K b er stor - K a /K b er liten Sammenhengen mellom styrken til konjugerte syre-base par Er en syre veldig sterk er den korresponderende basen veldig svak HCl(aq) H 2 O(l) Cl - (aq) H 3 O (aq)

2 HCl er en sterk syre. Cl - er en ekstremt svak base. Den vil i praksis aldri oppføre seg som en syre (dvs. den vil aldri ta opp proton, H ) Er en base veldig sterk er den korresponderende syren veldig svak Er syren relativt svak er også den korresponderende basen relativt svak. F. Eks. NH 3 er en relativt svak base og den korresponderende syren NH 4 er også en relativt svak syre. 2. Vann Vann som både syre og base (amfotær) Vann er amfotær kan reagere både som syre og base Autoprotolyse av vann (ioneproduktet til vann) Vann kan reagere med seg selv i en syre-base reaksjon: H 2 O H 2 O H 3 O OH - K w = [H 3 O ][ OH - ] = 1, (ved 25 o C) 3. Sammenhengen mellom syre og base konstanter for konjugerte syre-base par K a. K b = [H 3 O ][ OH - ]= K w =1, (ved 25 o C) Utledning av formelen: Som et eksempel kan en se på syre-base paret NH 3 / NH 4 NH 3 (aq) H 2 O(l) NH 4 (aq) OH - (aq) - NH4 OH K= b [ NH3] [ NH ] H O NH 4 (aq) H 2 O(l) NH 3 (aq) H 3 O 3 3 (aq) K= a NH 4 - [ NH ] 3 H3O NH4 OH - K K= a b =HO OH [ 3 ] =K NH 4 [ NH3] 4. ph-skala ph er et mål for H 3 O konsentrasjonen ph=-log { H3O } ph skalaen går normalt fra 0 til 14. ph = 7 in en nøytral løsing ved 25 o C ([H 3 O ] =1, M) ph >7 in en basisk løsing ([H 3 O ] <1, M) ph <7 in en sur løsing ([H 3 O ] >1, M) Noen andre definisjoner: { } - - -poh poh=-log OH, [OH ] = 10 w

3 ph poh =14 pk a=-log{ K a} og pk b=-log{ K b } 5. ph beregninger o sterke syrer og baser Sterke syrer og sterke baser protolyseres (spatles/reagerer) fullstendig dvs. 0,1 M HCl [H ] = 0,1 ph = 1,0 0,1 M NaOH [OH - ] = 0,1 poh = 1,0 og ph = 13,0 PS! 0,1 M Mg(OH) 2 [OH - ] = 0,2 M Hva blir ph dersom en blander 0,050 mol HNO 3 og 0,023 mol HCl. Totalvolumet er 3,00 L Løsning: Begge er sterke syrer og vil spalte seg fullstendig. For å finne totalt antall mol H 3 O legger en sammen bidraget fra de to syrene. [H 3 O ] = (0,023 0,050 )/3,00 L = 0,024 M ph = 1,61 Hva blir ph dersom en blander 0,050 mol HNO 3 og 0,023 mol NaOH. Totalvolumet er 2,00 L Løsning: En løsning av en sterk syre kan vi se på som en løsning av H 3 O En løsning av en sterk base kan vi se på som en løsning av OH - Når vi blander de vil følgende reaksjon skje (fullstendig) Reaksjon: H 3 O OH - H 2 O H 2 O For å finne ph må en finne om det er syren eller basen som er i overskudd og konsentrasjonen av ionet (H 3 O eller OH - ) som er i overskudd. Vi ignorer bidraget fra ioneproduktet til vann En har flest mol av HNO 3 så en vil ha et overskudd av H 3 O etter reaksjonen. Reaksjonen stopper når en har brukt opp alt OH - Sluttkonsentrasjonen av H 3 O blir derfor: [H 3 O ] = (0,050 0,023)/2 = 0,0135 M ph = 1,87 o svake syrer og baser Vi må gjøre likevektsberegninger for å finne [H 3 O ] eller [OH - ] Vi har en løsning av 0,10 M HCOOH (svak syre). Finn ph til løsningen.

4 Vi må finne H 3 O konsentrasjonen i løsningen etter at likevekt er innstilt. Vi må først finne reaksjonsligningene til forbindelsene i løsningen (HCOOH og H 2 O). En tar da alltid syren og lar den reagere med VANN! HCOOH H 2 O HCOO - H 3 O K a = 1, H 2 O H 2 O OH - H 3 O K w =1, Vi trenger ikke å tatt hensyn til bidraget av H 3 O fra autoprotolysen til vann. Siden K a >>K w vil bidraget til H 3 O fra autoprotolysen til vann være veldig lite relativt til bidraget fra HCOOH (så lenge vi ikke har veldig fortynnede løsninger er denne antagelsen og så lenge vi ikke har veldig svake syrer/baser) For å beregne ph ser en derfor bare på likevekten for HCOOH. Vi setter opp et likevektsskjema: HCOOH H 2 O HCOO - H 3 O Start 0,10 M 0 M 0 M 0 Endring -X M X M X M Likevekt 0,10-X M X M X M Vi setter uttrykkene for likevektskonsentrasjonene inn i likevektsuttrykket og finner X (dvs. H 3 O konsentrasjonen) og dermed ph (ph = -log{[ H 3 O ]}). K a finner en fra tabeller. K a HCOO H O x x = = = 1,77 10 (0,10 x) 3 4 [ HCOOH ] Er K liten ([HCOOH] start >>400. K) relativt til startkonsentrasjonen kan en anta at x mye mindre enn startkonsentrasjonene og dermed stryke x i uttrykk der en har (tall ± x). Kapittel 16 Syrer og baser Repetisjon 2( ) 5. ph beregninger o blanding av svake syrer (eller baser) Vanligvis finn vi at det er mulig å se bort fra alle unntatt en likevekt. Eksempel syre: Vi gjør dette på grunnlag av størrelsen til syrekonstanten. Bidraget til [H 3 O ] fra syrene der syrekonstanten er mye mindre enn de andre kan vi se bort fra. (det samme for baser: Vi gjør dette på grunnlag av størrelsen til basekonstanten. Bidraget til [OH - ] fra basene der basekonstanten er mye mindre enn de andre kan vi se bort fra.) Vi får en likevekt samme likevektsberegningen som vil ville ha hatt dersom vi hadde bare en svak syre (eller svak base)

5 o prosent dissosiasjon (dissosiasjonsgrad, spaltningsgrad) mengde dissosiert(spaltet) Prosentdissosiasjon, α = 100 startkonsentrasjon Eksempel HF løsning [ HF ] - [ HF] start [ HF] likevekt Prosentdissosiasjon, α = 100 start Flerprotiske syrer Syrer som kan spalte av mer en ett proton. Spaltingen skjer trinnvis (ett og ett proton). K a minker for hvert trinn. H 3 PO 4 (aq) H 2 O(l) H 2 PO 4 - (aq) H 3 O (aq) K a,1 = 5, H 2 PO 4 - (aq) H 2 O(l) HPO 4 2- (aq) H 3 O (aq) K a,2 = 6, HPO 4 2- (aq) H 2 O(l) PO 4 3- (aq) H 3 O (aq) K a,3 = 4, I ph beregninger for svake flerprotiske syrer kan vi ignorere bidrag til H 3 O fra alle andre enn det første trinnet. PS! H 2 SO 4 er en sterk syre I fortynnede løsninger (lavere enn 1,0 M) må vi også ta hensyn til det andre trinnet. Ser på det fullstendige trinnet først: H 2 SO 4 (aq) H 2 O(l) HSO 4 - (aq) H 3 O (aq) Bruker det andre trinnet til å beregne ph, men tar hensyn til de forbindelsene som ble dannet det første trinnet (og gjør en likevektsberegning for å finne H 3 O konsentrasjonen) HSO 4 - (aq) H 2 O(l) SO 4 2- (aq) H 3 O (aq) Kapittel 16 Syrer og baser Repetisjon 3( ) 5.pH beregninger Løsninger av salt: Ion som svake syrer eller baser Salt er en fellesbetegnelse for ioniskeforbindelser. Salt løser seg i vann og danner ion. Disse ionene kan ha sure eller basiske egenskaper. For å finne ut om et salt er surt eller basisk må en se på alle ionene å finne ut om de er svak syre eller svak base. To hjelperegler - Ion fra IA og IIA (grupper i periodesystemet) er nøytrale - Ion fra VIIA (unntatt F - ) er nøytrale MgSO 4

6 MgSO 4 (aq) Mg 2 (aq) SO 2-4 (aq) Mg 2 er nøytralt (IIA), SO 2-4 er en svak base. For å finne ph i løsningen må en se på likevekten mellom vann og den svake basen. SO -2 4 (aq) H 2 O(l) HSO -2 4 (aq) OH - (aq) Salt som danner vet ikke løsninger En har både ion som er svak syre og som er svak base. NH 4 HCOO Størrelsen på syre og basekonstanten avgjør. Dersom syrekonstanten til syren er størst blir løsningen sur og dersom basekonstanten til basen er størst blir løsningen basisk. 6. Sure og basiske egenskaper til oksid sure oksid Oksid som reagere med vann og danner sur løsning. CO 2 H 2 O H 2 CO 3 SO 3 H 2 O H 2 SO 4 N 2 O 5 H 2 O 2HNO 3 De reagerer med vann og danner syrer. CO 2, SO 3 og N 2 O 5 bli kalla er syreanhydrid basiske oksid Oksid som reagere med vann og danner basisk løsning. CaO H 2 O Ca(OH) 2 K 2 O H 2 O 2KOH