3. kafli, Efnafræði II (Jóhann Sigurjónon) Efnahvörf ýru og baa við vatn og innbyrði. (Athuga: K = K a ; S = HB ; B = B ; K v = K w ) Upprifjun (8. kafli bók I, Jóhann Sigurjónon) Skilgreiningar: Brønted: Sýra er efni em getur látið af hendi róteind. Bai er efni em getur tekið við róteind. Dæmi: HCl (aq) + H 2 O (l) Cl (aq) + H 3 O + (aq) Hvarf 1 ýra 1 bai 2 bai 1 ýra 2 NH 3(aq) + H 2 O (l) NH 4 + ( aq) + OH (aq) Hvarf 2 bai 1 ýra 2 ýra 1 bai 2 Skýring: HCl lætur af hendi róteind (H + jón) em H 2 O tekur við. Lewi : Sýra er rafeindaparaþegi ; Bai er rafeindaparagjafi Rammar ýrur: Sundrunartig (α) er hátt allt að 100% Sundrunartig: Hve tór hluti ýrunnar hvarfat og myndar jónir, já hvarf 1. K tærri en 1, oftat mun tærri. Daufar ýrur: Sundrunartig (α) lágt á bilinu 0,5 2 % Stundum lægra tundum hærra. K lægri en 1, oftat mun lægri. 3.1 Sjálfjónun vatn Vatn er að hluta til undrað í jónir: 2H 2 O (l) H 3 O + (aq) + OH (aq) Jafnvægifatinn fyrir hvarfið er K v = [H 3 O + ][ OH ] = 10 14 M 2 við 25ºC Jafnvægifatinn breytit með hita ein og aðrir jafnvægifatar. Í öllum vatnlaunum óháð því hvaða önnur jafnvægi kunna að vera til taðar, er jónamargfeldið [H 3 O + ][ OH ] alltaf jafnt og 10 14 M 2 við 25ºC. Ef t.d. yrkur OH er þekktur má finna tyrk H 3 O + jóna : [H 3 O + ] = 10 14 M 2 /[ OH ] Í hlutlauri laun er tyrkur jónanna jafnhár þ.e. + 14 2 7 [ H O ] = [ OH ] = 10 M = 10 M 3 Í úrri laun er [H 3 O + ] > [ OH ] > 10 7 M en í baíkri laun er [H 3 O + ] < [ OH ] < 10 7 M en margfeldið [H 3 O + ][ OH ] er þó alltaf jafnt og 10 14 M 2 við 25ºC 3.2 Launir af römmum ýrum og böum Rammar ýrur og rammir baar eru 100% undraðar(ir) í vatni þ.e. upphaftyrkur ýrunnar eða bain jafngildir jafnvæityrk H 3 O + og OH Sjá ýnidæmi 3.1 og 3.2 bl. 42
3.3 ph hugtakið Í ýru baa vatnlaunum er tyrkur jónanna H 3 O + og OH venjulega frá 10 14 M til 1,0 M. Til þe að gera þei gildi aðgengilegri er notað ákveðið lografall (logx). Skilgreining á ph er log [H 3 O + ]. Á ama hátt er poh kilgreint: poh = log [ OH ] Ef log reglu er beitt á jöfnu jónmargfeldi vatn: K v = [H 3 O + ][ OH ] = 10 14 M 2 fæt: log K = log [H 3 O + ] + log [OH ] = log 10 14 log K =( log [H 3 O + ] ) + (log [OH ]) = log 10 14 pk = ph + poh =14 Súr ph Baík 0 7 14 14 7 0 poh Sjá ýnidæmi 3.3 bl. 43 og 3.4 bl. 44 Þegar ph er mælt er það gert með litvíum og/eða ph mælum (pennumælar, Nerntjafna) 3.4 Sýrubaapör í vatnlaunum Tilvarandi ýra og tilvarandi bai: Leifin em eftir verður þegar róteindin er farin af ýrunni þegar hún hvarfat við vatn, kallat tilvarandi bai ýrunnar og ýran tilvarandi ýra baan. Sjá hvarf 1 og hvarf 2 Dæmi: HCl (aq) + H 2 O (l) Cl (aq) + H 3 O + (aq) Hvarf 1 ýra 1 bai 2 bai 1 ýra 2 Cl er tilvarandi bai ýrunnar HCl. HCl er tilvarandi ýra baan Cl H 3 O + er tilvarandi ýra baan H 2 O. H 2 O er tilvarandi bai ýrunnar H 3 O + Formlegur móltyrkur: Þegar ýra er ett í vatn myndar hún áamt vatni, tilvarandi baa og oxóníumjónir. Samanlagður móltykur ýrunnar og tilvarandi baa, kallat formlegur móltyrkur ýrunnar, C. C = [S] + [B] S táknar ýru og B táknar tilvarandi baa Dæmi S (aq) + H 2 O (l) B (aq) + H 3 O + (aq) u C 0 0 C er í reynd br x +x +x upphaftyrkur j C x x x ýrunnar S Sjá ýnidæmi 3.5 bl. 45, 3.6 bl. 46 og 3.7 bl. 47
3.5 Jafnvægihvörf daufra ýrna og baa Jafnvægifati (K ) fyrir hvarf ýru við vatn: S (aq) + H 2 O (l) B (aq) + H 3 O + (aq) K = [B][ H 3O + ] [S] Jafnvægilíking Jafnvægifati (K b ) fyrir hvarf baa við vatn: B (aq) + H 2 O (l) S (aq) + OH aq) [ K b = S][OH ] [B] Jafnvægilíking má reikna K eða K b ef annað er þekkt K K = b [B][H 3 O + ] [S] [S][OH ] [B] K x K b = K v =10 14 2 Sjálfjónun vatn: 2H 2 O (l) H 3 O + (aq) + OH (aq) = [H 3 O + ][OH ] = K v = 10 14 M 2 Jafnvægifatinn fyrir hvarfið er K v = [H 3 O + ][ OH ] = 10 14 M 2 K v = [H 3 O + ][ OH ] = 10 14 Þetta hvarf gengur til vintri þegar ýra eða bai hvarfat við vatn. Þ.e. þegar viðbót verður á H 3 O + eða OH Þegar ýra Í hreinu vatni er [H 3 O + ]=[ OH ] = 10 7 M hvarfat við vatn. Reikna ph S (aq) + H 2 O (l) B (aq) + H 3 O + (aq) u C 0 0 (10 7 M) br x + x + x j C x x x + 10 7 M Vegna jálfjónunar vatn Ef K er lág tala gengur hvarfið að litlu leyti til hægri er x lág tala. Ef x er lág tala er C x ~ C. En x getur verið tærð em liggur nærri þeim tyrk oxóníumjóna (10 7 M ) em jálfjónun vatn gefur. Ef vo er getur reynt nauðynlegt að taka tillit til þe. Leya þarf því 2. tig jöfnu. Ef nálgunin x + 10 7 M ~ x er leyfileg lítur jafnan vona út: X C 2 + [ H ] = K X = C K = O 3 X ( X + 10 C 7 M ) = K
Prófa má nálgunina með því að finna hve tór hluti lægri talan x eða 10 7 M er af þeirri tölu em hærri er og hve tór hluti x er af C og bera aman við þau 5% em notuð er em viðmiðun Ef K er t.t.l. tór tala gengur hvarfið langt til hægri. Þá verður að gera ráð fyrir að x é tór tala. Nálgunin C x ~ C er því ekki leyfileg. En nálgunin x + 10 7 M ~ x er að jálfögðu leyfileg ( x er mun tærra en 10 7 M). Þá lítur jafnan vona út: X 2 C X = K 2. tig jafna [ H 3 O + ] = K + (K ) 2 + 4C K 2 Skrifa má jöfnuna á þeu formi Ef ýran er römm undrat hún fullkomlega x = C = [H 3 O + ] Sama gildir um ramma baa og daufa og gildir um rammar og daufar ýrur. Sjá ýnidæmi 3.8 bl. 50, 3.9 bl. 51, 3.10 bl. 52 og 3.11 bl. 52 3.6 Hlutleying jafnalaunir (búfferlaunir) I. Hlutleying: Þegar römm ýra og rammur bai blandat aman í réttum hlutföllum myndat hlutlau altvatnlaun. Dæmi : Römm ýra myndar H 3 O + þannig að [H 3 O + ] = C þegar jafnvægi er náð. Rammur bai myndar OH jónir þannig að [OH ] = C b þegar jafnvægi er náð. Hvað þarf marga ml af 0,010 M NaOH laun til þe að gera 20,0 ml af 0,20 M HCl laun hlutlaua? Hlutfall H 3 O + jóna og OH jóna verður að vera 1 : 1 HCl og NaOH hvarfat í hlutföllunum 1 : 1 þarf ama efnimagn af NaOH og fyrir er af HCl. Efnimagn H 3 O + jóna er = 0,02 L x 0,20 M = 0,004 mól þarf 0,004 mól af OH jónum. xl x 0,010 M = 0,004 mól xl = 0,4 L eða 400 ml H 3 O + (aq) + OH (aq) 2H 2 O (l) u 0,004 mól 0,004 mól br 0,004 mól 0,004 mól J ~0 (10 7 M) ~0(10 7 M) Þegar jafnræði ríkir milli H 3 O + jóna og OH jóna er launin hlutlau verður [H 3 O + ] = [OH ] = 10 7 M Þegar römm ýra blandat daufum baa eða þegar rammur bai blandat daufri ýru í hlutföllunum 1 : 1 er all ekki öruggt að launin verði hlutlau, þ.e. að ph verði 7 Fjallað verður um það íðar (Títrun)
II. Jafnalaunir Jafnalaun er blanda af daufri ýru og tilvarandi baa. Með ákveðnu hlutfalli ýrunnar og baan er hægt að tjórna ýrutigi blöndunnar. Jafnalaun vinnur gegn breytingum á ýrutigi. Ef ýru eða baa er bætt út í hreint vatn breytit ýrtig vatnin verulega. Sýrutig jafnlaunar breytit hin vegar áralítið með viðbót ýru eða baa (en er takmörkum háð). Dæmi: Ef 100 ml af 0,10 M edikýru (CH 3 COOH (aq) ) er blandað aman við 100 ml af 0,10 M altlaun ýrunnar (CH 3 COONa (aq) ) Saltlaunin er í reynd 0,10 M CH 3 COO laun (tilvarandi bai ýrunnar CH 3 COOH. Bet er að nota hvarf ýrunnar við vatn ef K > K b annar að nota hvarf baan við vatn. K edikýru (CH 3 COOH) er tærra en K b CH 3 COO notum við hvarfið: CH 3 COOH (aq) + H 2 O (l) CH 3 COO (aq) + H 3 O + (aq) CH 3 COOH (aq) + H 2 O (l) CH 3 COO (aq) + H 3 O + (aq) U 0,05 M 0,05 M 0 (10 7 M) Br. x +x + x J 0,05 x 0,05 + x x + 10 7 Nálgun ~ 0,05 ~ 0,05 ~ x Hér er Q < K tefnir hvarfið til hægri Reikn Q og bera aman við K. Ef Q < K tefnir hvarfið til hægri K = [CH 3COO ][ H 3 O + ] [CH 3 COOH] K = [0,05][x] [0,05] = 1,8 10 5 M = 1,8 10 5 M [x] = 1,8 10 5 M ph = log(1,8 10 5 ) = 4, 74 Prófun: 1, 8 10 5 0,05 100 = 0, 036 % 7 10 100 = 0, 56 % 5 1, 8 10 Nálgun í lagi!!! Hvað gerit ef römmum baa er bætt út í jafnalaunina? Dæmi : Í jafnalaunina em fjallað er um hér að ofan er bætt 0,002 mólum af NaOH (rammur bai). Hver verður ph launarinnar eftir að baanum hefur verið bætt út í? CH 3 COOH (aq) + H 2 O (l) CH 3 COO (aq) + H 3 O + (aq) U 0,05 M 0,05 M 0 (10 7 M) Br. 0,01 +0,01 +0,01 (0,01 ) + 0,01M af OH NU 0,04 0,06 0 (10 7 M) NBr x +x + x NJ 0,04 x 0,06+x x + 10 7 Nálgun ~ 0,04 ~0,06 ~ x Gerum ráð fyrir að upphaftaðan é þei Q < K hvarfið leitar til hægri í átt að jafnvægi. Q er fundið með því að etja tölurnar 0,04 M, 0,06 M og 10 7 M inn í líkinguna. OH jónir frá ramma baanum hvarfat kröftulega við H 3 O + jónir frá ýrunni hvarfið leitar til hægri þar til rammi bainn er uppurinn. jafnmikið eyðit af daufu ýrunni og em nemur viðbót ramma baan og jafnmikið bætit við af tilvarandi daufa baanum og em nemur viðbót ramma baan.
Við jafnvægi: [CH 3 COOH] = 0,04 M og [CH 3 COO ] = 0,06 M og [H 3 O + ] = x 0,06M X 5 5 0,04M = 1,8 10 M X = 1,8 10 M = 1,2 10 0,04M 0,06M ph = 4,92 Ef notuð er Hendelon Haelbalch jafnan : + [ H O ] 3 = K [] S [ B] eða ph = pk + log [ B] [] S 5 M Setja þear tærðir inn í líkinguna og finna x. Gera prófun á nálgun. [ H 3 O + ] = [ CH 3 COOH ] [ CH 3 COO ] 1, 8 10 5 M [ H 3 O + ] = 0,04 M 0,06 M 1, 8 10 5 M = 1,2 x 10 5 M ph = 4,92 Sjá ýnidæmi 3.12 bl. 54, 3.13 bl. 57, 3.14 bl. 58, 3.15 bl. 58 3.7 Sýrubaa jafnvægi í altlaunum Þegar alt af ýru hvarfat við vatn: Sölt af ýrum eru baar nema alt ein og NH 4 Cl. Jónin NH + 4 hvarfat við vatn ein og aðrar ýrur og gerir vatnlaunina úra. Þegar alt ein og CH 3 COONa er leyt upp í vatni verður launin baík. Saltið CH 3 COONa er auðleyt í vatni og myndar því jónirnar CH 3 COO og Na+ Jónin CH 3 COO er baík vegna hvarf hennar við vatn: CH 3 COO (aq) + H 2 O (l) CH 3 COOH (aq) + OH (aq) Sölt af daufum ýrum ein og CH 3 COONa eru baar í vatnlaun. Hin vegar eru jónir frá römmum ýrum og römmum böum hlutlauar í vatnlaun. Na + jónin hlutlau, hún er hluti af ramma baanum NaOH NaCl mynda jónirnar Na + og Cl, Cl hvarfat við vatn ein og bai : Cl (aq) + H 2 O (l) HCl (aq) + OH (aq) Hver eru áhrif Cl á hvarfið : 2H 2 O (l) H 3 O + (aq) + OH (aq)? Við jafnvægi : 10 7 M 10 7 M Ef hvarf Cl jóna við vatn bætir OH jónum við það em fyrir er af þeim mun hvarfið em lýir jálfjónun vatn ganga lengra til vintri og tyrkur H 3 O + jóna mun því minnka. Þetta gerit aðein ef K b er t.t.l. tór eða tærri en K v (10 14 M 2 ) K b fyrir Cl er 10 21 M << K v er NaCl (aq) laun hlutlau.. Þetta gildir ef baalaunin er ekki mjög veik. Ef K b > K v verður altlaunin baík Ef K b < K v verður altlaunin hlutlau Dæmi um baík ölt eru: KNO 2 ; NaHCO 3 ; NaF ; Na 2 CO 3 ; NaCH 3 COO Sjá ýnidæmi 3.16 bl. 61 og 3.17 bl.62 Ef hún er mun veikari en 10 7 M verður launin hlutlau jafnvel þó vo K b > K v
3.8 Jónun fleirróteindaýru Ef ýra hefur fleiri en eina róteind em lonað getur frá ameindinni, þá gerit það í þrepum. Hvert þrep hefur inn klofnunarfata og eru þeir táknaðir em K 1 og K 2 ofrv. Fyrri klofningfatinn eru venjulega mun tærri en nætu fatar. Brenniteinýra, H 2 SO 4, hefur tvo klofnunarfata: H 2 SO 4(aq) + H 2 O (l) HSO 4 (aq) + H 2 O (l) HSO 4 (aq) + H 3 O + (aq) SO 4 2 (aq) + H 3 O + (aq) K 1 = + [ H O ][ HSO ] 3 [ H SO ] 2 4 4 K 2 = + 2 [ H3O ][ SO4 ] [ HSO ] K 1 er mjög tór tala og telt því römm ýra þegar fyrta róteindin fer af en dauf ýra þegar einni róteindin fer af. Þe vegna ræður klofnun fyrtu róteindarinnar til um það hvert ýrutigið verður en ekki ú einni. Hin vegar ef altið NaHSO 4 er leyt upp í vatni eða eitthvað annað auðleyt alt af HSO 4 þá ræður jónin ríkjum í launinni. Sjá ýnidæmi 3.18 bl. 63 4 3.9 Sýrubaa títrun Títrun er notuð við ákvörðun á móltyrk launar með því að láta laun með þekktum móltyrk (taðallaun) drjúpa ofan í óþekktu launina. Þegar jafngildipunkti er náð þá má lea af burettu hve mikið rúmmál var notað af þekktu launinni og þá um leið hve mörg mól af efninu með óþekkta móltyrkin hvörfuðut. Ef upphaflega rúmmál óþekktu launar er þekkt má ákvarða mólyrk hennar. Sýrutig launarinna má ákvarða með útreikningum eða nota ph mæli (eða ph pappír) Búretta með rúmmálkvarða, taðallaun Óþekktur tyrkur Segull, em nýt og hrærir í launinni I. Rammar ýrur og rammir baar Þegar rammur bai er ettur út í laun með rammri ýru þá hvarfat jafnmikið af ýrunni og em nemur viðbót ramma bain. Það em eftir verður af römmu ýrunni jafngildir tyrk H 3 O + jóna. Við títrun þá breytit ýrutig launarinnar við hverja viðbót af ramma baanum. Skipta má títrun í þrennt. Staðan þegar ekkert er komið úr búrettunni og aðein ýru eða baalaunin er til taðar í keiluflökunni. Þá ræður tyrkur baan tyrk OH jóna í launinni. Þegar jafngildipunkti er náð eða þegar jafnmikið efnimagn er komið af efninu úr búrettunni og fyrir er af efninu í keiluflökunni, þá er jafnmikið af H 3 O + og OH jónum og ph = 7. Þetta á aðein við þegar rammri ýru er blandað aman við ramman baa. Þegar römm ýra er ett út í laun með daufum baa verður ph ekki jafnt og 7 í jafngildipunkti (getur gert en er all ekki vít). Hér fara á eftir nokkrar einfaldar reiknireglur við ákvörðun á tyrk H 3 O + og OH jóna við títrun. A. Títrun á rammri ýru með römmum baa Gert er ráð fyrir að upphaftyrkur [H 3 O + ] og [OH ] vegna jálfjónunar vatn é hverfandi. 1. Fyrir jafngildipunkt: [H 3 O + ] = (M x V M b x V b ) / (V + V b ) 2. Við jafngildipunkt: M er móltyrkur ýrunnar V er rúmmál ýrunnar (lítrar) M b er móltyrkur bain V b er rúmmál baan (lítrar) (M x V M b x V b ) = 0 [H Athuga vel að rúmmál blöndunar 3 O + ] = [OH ] = 10 7 M breytit við títrun. Gert verður ráð 3. Eftir jafngildipunkt: fyrir þynningu [OH ] = (M b x V b M x V ) / (V b + V ) [H 3 O + ] = 10 14 / [OH ]
B. Títrun á römmum baa með rammri ýru 1. Fyrir jafngildipunkt: [OH ] = (M b x V b M x V ) / (V b + V ) [H 3 O + ] = 10 14 / [OH ] 2. Við jafngildipunkt: (M x V M b x V b ) = 0 [H 3 O+ ] = [OH ] = 10 7 M 3. Eftir jafngildipunkt: [H 3 O + ] = (M x V M b x V b ) / (V + V b ) II. Daufar ýrur og daufir baar Gert er ráð fyrir að upphaftyrkur [H 3 O + ] og [OH ] vegna jálfjónunar vatn é hverfandi. Við títrun á daufri ýru með römmum baa, þá hvarfat jafnmikið af daufu ýrunni og em nemur viðbót ramma baan, auk þe bætit jafmikið af tilvarandi daufum baa og em nemur viðbót ramma baan. A. Títrun á daufri ýru með römmum baa. S (aq) + H 2 O (l) B (aq) + H 3 O + (aq) 1. Fyrir jafngildipunkt: a. Eftir 0 ml af römmum baa, þá er daufa ýran ríkjandi í launinni: S (aq) + H 2 O (l) B (aq) + H 3 O + (aq) C er upphaftyrkur daufu ýrunnar í upph. C 0M 0M breyting x +x +x jafnvægi C x x x [ B][ H O ] + K 3 = [ S], ef nálgun er leyfileg: x = K C b. Eftir að ramma baanum hefur verið bætt í ýrulaunina, heft hvarf H 3 O + em daufa ýran gefur, við ramma baann : OH (aq) + H 3 O+ (aq) 2 H 2 O (l) hvarfið: S (aq) + H 2 O (l) B (aq) + H 3 O + (aq) gengur til hægri. Það magn em hvarfat af daufu ýrunni jafngildir því em bætt er við af ramma baanum. Jafnmikið bætit við af tilvarandi daufum baa og em nemur viðbót ramma baan. Þá gildir: [S] = (M x V M b x V b ) / (V + V b ) M er móltyrkur daufu ýrunnar [B] = (M b x V b ) / (V + V b ) V er rúmmál daufu ýrunnar (lítrar) [H 3 O + ] = K x [S] / [B] M b er móltyrkur ramma baan V b er rúmmál ramma baan (lítrar) 2. Við jafngildipunkt: [S] = (M x V M b x V b ) / (V + V b ) = 0 [B] = (M b x V b ) / (V + V b ) = C b Daufi bainn verður ríkjandi í launinni og efirfarandi hvarf tekur við: B (aq) + H 2 O (l) S (aq) + OH (aq) í upph. C b 0M 0M breyting x +x +x jafnvægi C b x x x K [][ OH ] [ B] b =, ef nálgun er leyfileg: [OH ] = K b Cb [H 3 O + ] = 1x10 14 / [OH ]
3. Eftir jafngildipunkt: [OH ] = umframmagn ramma baan = (M b x V b M x V ) / (V b + V ) [H 3 O + ] = 10 14 / [OH ] B. Títrun á daufum baa með rammri ýru Svipaðar reglur gilda fyrir títrun á daufum baa með rammri ýru og gilda fyrir títrun á daufri ýru með römmu baa, nema að eftirfarandi hvarf er notað: 1. Fyrir jafngildipunkt a. eftir 0 ml af römmu ýrunni: B (aq) + H 2 O (l) S (aq) + OH (aq) C b er upphaftyrkur daufa baan í upph. C b 0M 0M breyting x +x +x jafnvægi C b x x x ef nálgun er leyfileg: [OH ] = K [H 3 O + ] = 10 14 / [OH ] b Cb b. Fyrir jafngildipunkt eftir að römmu ýrunni hefur verið bætt út í: H 3 O + (aq) + OH (aq) 2 H 2 O (l) hvarfið: B (aq) + H 2 O (l) S (aq) + OH (aq) gengur til hægri ofrv. [B] = (M b x V b M x V ) / (V + V b ) [S] = (M x V ) / (V + V b ) [OH ] = K b x [B] / [S] M b er móltyrkur daufa baan V b er rúmmál daufa baan (lítrar) M er móltyrkur römmu ýrunnar [H 3 O + ] = 10 14 / [OH ] V er rúmmál römmu ýrunnar (lítrar) 2. Við jafngildipunkt : [B] = (M b x V b M x V ) / (V b + V ) = 0 [S] = (M x V ) / (V b + V ) = C Daufa ýran verður ríkjandi launinni og eftirfarandi hvarf tekur við: S (aq) + H 2 O (l) B (aq) + H 3 O + (aq) í upph. C 0M 0M breyting x +x +x jafnvægi C x x x K = [B] [H 3 O + ] /[S], ef nálgun er leyfileg: x = K = [H 3 O + ] C 3. Eftir jafngildipunkt: [H 3 O + ] = umframmagn af römmu ýrunni Dragið títrunarferla á millimetrapappír og hafið ml af ramma baanum eða römmu ýrunni em láhnit og ph em lóðhnit. Veljið jálf tyrk og rúmmál launa.
Títrunarferlar Títrunarferlar eru notaðir til þe að ákvarða upphaftyrk ýru eða baa, K eða K b, ph eða poh ofl. Ef phmælir er notaður við títrun má tengja hann við hugbúnað em getur dregið upp feril em ýnir ph em fall af tyrk viðbótarefni (taðallaunar). Þegar römm ýra er títruð með römmum baa þá er ferillinn nokkuð frábrugðinn þeim ferli þegar dauf ýra er títrum með römmum baa. Við títrun á daufri ýru með römmum baa myndat tilvarandi daufur bai em áhrif hefur á ýrutig launarinnar (við títrunina myndat em agt jafnalaun/búfferlaun). Við jafngildipunkt er hann ríkjandi. Hin vegar þegar römm ýra er títruð með römmum baa myndat hlutlau tilvarandi bai, em engin áhrif hefur á ýrutigið. Þá hefur aðein jálfjónun vatn áhrif. Hér til vintri ét títrunarferill þegar römm ýra er títruð með römmum baa. Í upphafi, þegar ekkert er komið af ramma baanum í keiluflökuna þá er ph= 1,0 em þýðir að tyrkur H 3 O + er 0,1 M og upphaftyrkur (C ) römmu ýrunnar því 0,1 M. Einnig er hægt að nota jafngildipunkt til þe að ákvarða upphaftyrk römmu ýrunnar. Ef gert er ráð fyrir að tyrkur ramma bain í búrettunni é 0,1 M og 100 ml af römmu ýrunni eru títraðir þá kemur í ljó að 100 ml af ramma baanum voru notaðir til þe að gera ýruna hlutlaua (xhnit). 0,1 M x 0,100 L = 0,01 mól af römmum baa = 0,01 mól af rammri ýru er C = 0,01 mól/0,1l = 0,1 M Hér til vintri ét títrunarferill þegar dauf ýra er títruð með römmum baa. (I) Í upphafi, þegar ekkert er komið af ramma baanum í keiluflökuna þá er ph= 3,0 Aðein daufa ýran í keilu flökunni og hún ræður ein ríkjum og ákvarðar ein ýrutigið. (II) Þegar títrunin er komin hálfa leið að jafngildipunkti er jafnmikið af daufu ýrunni eftir og myndat hefur af tilvarandi daufa baanum. Og báðar efnieindir ráða þá ríkjum og hafa báðar áhrif á ýrutigið. (III) Í jafngildipunkti hefur öll daufa ýran ummyndat í tilvarandi daufan baa og hann ræður þá einn ríkjum á ákvarðar ýrutig launarinnar. (IV) Eftir jafngildipunkt er komin ofgnótt af ramma baanum og hann ræður þá einn ýrutiginu. Hver er upphaftyrkur (C ) daufu ýrunnar og hvert er gildi jafnvægifata (K ) hennar? Styrkur ramma baan er 0,100 M og rúmmál daufu ýrunnar í upphafi er 50,0 ml. Efnimagn ramma baan em notað er = 0,100 M x 0,050 L = 0,0050 mól 0,0050 mól af daufu ýrunni í upphafi er tyrkur hennar því 0,0050 mól/0,050 L = 0,100 M =C Ef haft er í huga hvarf daufu ýrunnar (S) við vatn þá ét að hvarfið leitar til hægri þegar römmum baa er bætt út í, vegna hvarf OH jóna við H 3 O + jónir : S (aq) + H 2 O (l) B (aq) + H 3 O + (aq) Samhliða því að efnimagn S minnkar þá vex efnimagn B (tilvarandi daufur bai) í launinni. Þegar títrunin er hálfnuð (eftir 25 ml) þá er [B] orðinn jafn [S]. Ef litið er á Hendelon_Haelbalch jöfnuna: Þá ét að [B] og [S] tyttit út í jöfnunni og [ H 3 O + ] = K eða ph = pk Þannig er hægt að lea ph (4,2) + [ ] [ S ] H O K 3 = af títrunarferlinum þegar títrunin er hálfnuð og [ B] ákvarða pk og að jálföðu K ph = pk = 4,2 K = 10 4,2 = 6,31 x 10 5 M
Önnur aðferð við að ákvarða K er ú að nota C og ph í byrjun og að jálfögðu bókhald: S (aq) + H 2 O (l) B (aq) + H 3 O + (aq) Upph 0,100 M 0 0 Breyt. 10 3 M +10 3 M +10 3 M Jafnv 0,099 M 10 3 M 10 3 M Við jafnvægi reynit ph = 3,0 (já graf í upphafi) [ H 3 O + ] = 10 3 M K = [ H 3 O + ][B]/[ S] K = (0,001M) 2 / 0,099M = 1,01 x 10 5 M Miræmið tafar firt og fremt af því hve erfitt er að lea af grafinu (auk þe er grafið ekki mjög nákæmt.) Það em kiptir máli er aðferðin, en hún er í fullu gildi 3.10 Litvíar/Efnavitar Sýrubaa litvíar (efnavitar, e:indicator) eru lífrænar daufar ýrur eða daufir baar. Óundraðar (óklofnar ýruameindirnar hafa annan lit en tilvarandi bai. Litbreyting verður á ákveðnu ph bili fyrir érhvern efnavita. Á myndinni hér fyrir neðan má já nokkra efnavita og það ph bil em litabreyting verður. Ef efnaviti er dauf ýra með almenna formúluna HIn þá klofnar hann amkvæmt efnajöfnunni: HIn (aq) + H 2 O (l) In (aq) + H 3 O + (aq) Ef efnavitinn er í úrri laun þá liggur jafnvægið til vintri og óklofna formið verður ríkjandi í launinni. Ef efnavitinn er í baíkri laun þá liggur jafnvægið til hægri. Þá er klofna formið ríkjandi í launinni og ræður lit hennar. Við títrun er ph að töðugt að breytat og mikilvægt að velja réttan efnavita fyrir hið tiltekna hvarf. Valin er efanviti þannig að litabreytingin verði em næt jafngildipunkti títrunarferilin. Við jafngilipunkt verða miklar breytingar á ph við t.t.l. litla viðbót af því em er í búrettu hverju inni. Til upprifjunar er gott að hafa í huga að við títrun á daufri ýru með römmum baa er það tilvarandi daufi bai daufu ýrunnar em tjórnar ýrutiginu í jafngildipunkti en rammi bainn eftir jafngildipunkt. Þe vegna verður ph nokkuð fyrir ofan ph í jafngildipunkti þegar títrun er lokið. Þetta á við þegar ekki er notaður ph mælir við títunina heldur efnaviti eingöngu. Einn til tveir dropar af ramma baanum umfram það em þarf til þe að ná jafngildipunkti breytir ýrutiginu verulega en hefur ekki mikil áhrif á niðurtöður (tveir dropar jafngilda u.þ.b. 0,1 ml) Ef títra á ramma ýru með römmum baa er jafngilipunktur í ph = 7 en 12 dropar af ramma baanum umfram það em þarf til þe að ná jafngildipunkti gerir lauina mjög baíka, ph gæti farið í 911. Hvaða efnavita væri heppilegat að nota af þeim em hér eru ýndir? Sjá ýnidæmi 3.19 bl. 69
Dæmi 1. Sýrutig 0,10 M mauraýru (HCOOH) er 2,38 við 25ºC a. Reiknið K a b. Hve tór hluti ýrunnar á jónaformi (undrunatig)? 2. Hvert er ph 0,20 M HCN launar 3. Reiknið undrunartig a. 0,10 M HF launar og b. 0,01 M HF launar 4. Reiknið tyrk OH jóna í 0,15 M NH 3 launar 5. Laun er útbúin þannig að NaClO er ett í vatn og rúmmál tillt á 2,00 L. Ef ph launarinnar er 10,50. Hve mörg mól af NaClO voru ett í vatnið? 6. Hvort myndar altið Na 2 HPO 4 í vatni úra eða baíka laun? 7. Hvert er ph launar em er útbúin þannig: 0,30 mól af edikýru (CH 3 COOH) og 0,30 mól af NaCH 3 COO og rúmmál tillt af með vatni í 1,0 L? 8. Reiknið ph 0,085 M HNO 2 og 0,10 M KNO 2 9. Reiknið ph launar em er 0,20 M HF og 0,10 MHCl 10. Hvert er ph 0,12 M mjólkurýru og 0,10 M alti af mjólkurýru. K mjólkurýru er 1,4 x 10 4 M? 11. Hvert er ph 0,12 M benóýru og 0,20 M alti af ýrunni. K benóýru er 6,3 x 10 5 M? 12. Hve mörgum mólum af NH 4 Cl þarf að bæta út í 2,0 L af 0,10 M NH 3 laun til myndunar á jafnalaun með ph = 9,00 (gert er ráð fyrir að viðbót NH 4 Cl hafi ekki áhrif á rúmmál blöndunnar)? 13. Jafnalaun em er 0,300 M CH 3 COOH og 0,300 M NaCH 3 COO. Launin hefur ph=4,74 a. Reiknið ph launarinnar eftir að 0,020 mólum af NaOH hefur verið bætt í launina. b. Til amanburðar reiknið ph launar ef,020 mólum af NaOH er bætt í 1,00 l af vatni c. Reiknið ph eftir að 0,020 mólum af HCl hefur verið bætt út í jafnalaunina d. Til amanburðar reiknið ph launar ef,020 mólum af HCl er bætt í 1,00 l af vatni 14. Reiknið ph launar em er 50,0 ml af 0,100 M HCl eftir að : a. 49,0 ml af 0,100 M NaOH laun hefur verið bætt út í b. 51,0 ml af 0,100 M NaOH laun hefur verið bætt út í 15. Reiknið ph launar þegar 45,0 ml af 0,100 M NaOH hefur verið bætt út í 50,0 ml af 0,100 M edikýru (CH 3 COOH) 16. a. Reiknið ph launar þegar eftir að 10,0 ml af 0,050 M NaOH hefur verið bætt út í 40,0 ml af 0,025 M benóýru (C 6 H 6 COOH, K =6,3 x 10 5 M b. Reiknið ph launar þegar eftir að 10,0 ml af 0,100 M HCl hefur verið bætt út í 20,0 ml af 0,100 M NH 3 17. a. Ákvarðið K 1 fyrir fofórýru (H 3 PO 4 ) (tvær aðferðir) b. Hvaða efnieind er ríkjandi í fyrta jafngildipunkti? c. Reiknið ph í fyrta jafngildipunkti d. Reiknið ph í öðrum jafngildipunkti e. Reiknið ph eftir að 75 ml af 0,10 M NaOH hefur verið bætt út í launina f. Ákvarðið K 2 fyrir fyrir fofórýru (H 3 PO 4 ) þ.e. fyrir H 2 PO 4 (tvær aðferðir) Svör: 1.a K = 1,8 x 10 4 M b. 4,2% 2. ph = 5,00 3.a 7,9% b. 23% 4.1,6 x 10 3 M 5. 0,60 mól 6. baíka, K b er tærra en K 7. ph = 4,74 8. ph = 3,42 9. ph = 1.00 10. ph = 3,77 11. ph = 4,42 12. 0,36 mól 13. a. ph = 4,80 b. ph = 12,30 c. ph = 4,68 d. ph = 1,70 14. a. ph = 3,00 b. ph = 11,00 15. ph=5,70 16. a ph = 4,20 b. ph = 9,26 17. a. K = 6,3 x 10 3 M (títrun hálfnuð)b. H 2 PO 4 c. ph = 4,25 d. ph = 10 e. ph = 7,2 f. K = 6,2 x 10 8 M