SYROR OCH BASER Atkins & Jones kap

Transkript

1 KEM A02 Allmän- och oorganisk kemi F2 SYROR OCH BASER Atkins & Jones kap KEMA02 MJ

2 ÖVERSIKT Syror och baser grundläggande egenskaper Autoprotolys och ph Svaga syror och baser ph i lösningar av svaga syror och baser Flerprotoniga syror KEMA02 MJ

3 Syra-Basnivå till vardags ph intervall ca 1 13 Se även: A&J T11.12 KEMA02 MJ

4 11.1. BrØnsted syror och baser (Johannes BrØnsted 1923) DEFINITIONER - SYRA proton donator - BAS proton acceptor - PROTON vätejon H + (H 3 O + eller H + (aq)) H + (aq) Hydroxoniumjon KEMA02 MJ

5 TYPREAKTION BrØnsted-syra H + överförs direkt från syra till bas protontransfer Ex1) HCl + H 2 O Cl - + H 3 O + stark syra, jv: syra bas Ex 2) HCN + H 2 O CN - (aq) + H 3 O + svag syra, mest HCN! Ex 3) HCO 3- (aq) + H 2 O(l) H 3 O + (aq) + CO 3 2- (aq) svag syra, mest HCO Biologiskt relevant... mer info senare! - DOCK! Jämvikten kan drivas åt höger om tex CO 3 2- fälls ut som CaCO 3 (s) KEYPOINT: Samma typ av reaktion men deprotoneringsgraden varieriar! KEMA02 MJ

6 TYPREAKTION BrØnsted bas Karaktäristiskt: En eller flera ensamma [obundna] elektronpar [som kan ta upp H + ] Ex1) CaO (s) + H 2 O(l) Ca 2+ (aq) + 2 OH - (aq) O 2- : mkt stark bas bas oxidjon Ex 2) NH 3 (aq) + H 2 O (l) NH + 4 (aq) + OH - (aq) NH 3 oladdad! svagare attraktion svagare bas KEYPOINT: Samma typ av reaktion men protoneringsgraden varieriar! KEMA02 MJ

7 KORRESPONDERANDE SYRA OCH BAS (Konjugerade) Syra PRINCIP PRINCIP Bas [donerar H + ] [tar upp H + ] Korresponderande bas Korresponderande syra HCl Saltsyra EXEMPEL H + EXEMPEL EXEMPEL H + CN - Cyanidjon Cl - Kloridjon HCN Vätecyanid Stark syra ger svag korresponderande bas och tvärtom! KEMA02 MJ

8 Det finns annat än protoner Lewissyror och -baser NYA DEFINITIONER Lewis syra: Elektronparacceptor Exempel 1: H + i HCl H + : accepterar e-par e - e - Lewis bas: Elektronpardonator Exempel 1: NH 3 N: donerar fritt e-par till H + och bildar NH 4 + Exempel 2: Cu 2+ Cu NH 3 Cu(NH 3 ) 6 2+ Exempel 2: OH - Fe OH - Fe(OH) 3 Koppar(II)hexammin Järn(III)hydroxid NYTT! Reaktioner som inte omfattar H + - elektronperspektiv KEMA02 MJ

9 11.3. Sura, basiska och amfotera oxider Vi lever i en oxiderande miljö! SURA OXIDER - Bildar Brönsted syra i vatten - Reagerar med baser - Ickemetaller - Ex) CO 2 i vatten H 2 CO 3 BASISKA OXIDER - Bildar OH - i vatten - Reagerar med syror - Metaller (Alkali och alk.jordartsmet.) - Ex) CaO i vatten Ca(OH) 2 (s) AMFOTERA OXIDER - Reagerar både med syror och baser - Övergångsmetaller tom ca Al/Pb diagonalen - Ex) Al 2 O 3 KEMA02 MJ

10 Syra- och Basjämvikter - Definitioner K a = a(a - ) a(h 3 O + ) [A- ] [H 3 O+ ] a(ah) a(h 2 O) [AH] K a = a(bh + ) a(oh - ) [BH+ ] [OH- ] a(b) a(h 2 O) [B] KEMA02 MJ

11 11.4. Protonutbyte mellan vattenmolekyler Nyckelfunktion för syra-bas beteende REAKTION 2 H 2 O H 3 O + + OH - K w K w = a(h 3 O + ) a(oh - ) a(h 2 O) 2 [H 3 O + ][OH - ] K w = 1 x M 2 vid 25 o C pkw = 14 OBS1! Mkt snabbt utbyte! Diffusionskontrollerat OK för korta avstånd dock ej långa OBS2! Jämvikten förskjuten långt åt vänster dålig konduktivitet i rent vatten! KEMA02 MJ

12 11.5, 11.6 ph- skalan och poh DEFINITIONER ph = - log(a(h 3 O + )) - log [H 3 O + ] poh = - log(a(oh + )) - log [OH - ] [H 3 O + ] = 10 -ph Anges lämpligen med 2 decimaler t.ex. ph 5.26 SAMBAND pk w = ph + poh poh = pk w ph Härledning: läs själva! (A 11.6) KEMA02 MJ

13 SVAGA SYROR OCH BASER 11.7 Syra- och baskonstanter VAD FINNS I EN VATTENLÖSNING AV EN SVAG SYRA? - Syran själv; HA HA + H 2 O A - + H 3 O + - Lite av den korresponderande basen; A - K a = [A - ][H 3 O + ]/[HA] - Liten mängd H 3 O + - lika mycket tillskott som bildat A - VAD FINNS I EN VATTENLÖSNING AV EN SVAG BAS? - Basen själv; B B + H 2 O HB + OH - - Lite av den korresponderande syran; HB K b = [HB][OH - ]/[B] - Liten mängd OH - - lika mycket tillskott som bildat HB NOTERA! ph = pk a då [HA]=[A - ] och poh = pk b då [HB]=[B] KEMA02 MJ

14 Hur vet man vad som är den starkaste syran/basen? K a = [A - ] [H 3 O + ] [AH] pk a = -log K a 2.00 K a = 10 -pka = 10-2 = K a = 10 -pka = 10-4 = Lägst värde starkast syra! UR TABELL 11.1, 11.2 och 11.3 A&J Syra pka Korr. bas pkb HClO ClO (= HF 3.45 F (= ) H 2 CO HCO NH NH LÖSNING: Jämför pk a (eller pk b -värden!) Lägst värde starkast bas! KEMA02 MJ

15 Vanliga ph ph TABELL 11.1 & 2 labkemikalier poh NaOH caustic soda KEMA02 MJ

16 Fråga: Hur sur kan en syra vara? Exempel på SUPERSYRA Triflourometansulfonsyra Triflic acid K a ca pk a ca -15 Användning: kraftfullt protoneringsreagens OBS! 3 starkt elektronegativa grupper KEMA02 MJ

17 11.9. Syrastyrka periodicitet - Grupper STARK SYRA: H + trillar lätt av Minskande H-X bindningsstyrka Surare syra minskande pk a Syrastyrkan ökar neråt i grupperna i P.S. H - X H-X Bindningsenergi och pk a pk a Bond Energy [kj/mol] HF HCl HBr HI _06.html KEMA02 MJ

18 11.9. Syrastyrka periodicitet - Perioder STARK SYRA: H + trillar lätt av Mer polariserad H-X bindning Surare syra minskande pk a Syrastyrkan ökar åt höger i perioderna i P.S. H - X H-X Polaritet och pk a pk a Elektronegativitet (Pauling) HF H 2 O NH pka tabell: KEMA02 MJ

19 Oxosyror Syrastyrka och elektronegativitet OXOSYROR Surt H + bundet till O EXEMPEL: Karboxylsyror Svavelsyra Salpetersyra Fosforsyra Halogener-oxosyror KEMA02 MJ

20 Halogen - oxosyror Oxidationstal Syrastyrka HClO 4 HClO 3 HClO HBrO 4 HIO 4 Starka syror då 1) höga oxidationstal; X 2) hög elektronegativitet; X EFFEKT: försvagad H-O bindning! Elektronegativitet Syrastyrka KEMA02 MJ

21 Karboxylsyror SYRASTYKA Princip: se halogener - oxosyror Carboxylic Acids pk a Formic acid (HCO 2 H) 3.77 Acetic acid (CH 3 COOH) 4.76 Chloroacetic acid (CH 2 ClCO 2 H) 2.86 Dichloroacetic acid (CHCl 2 CO 2 H) 1.29 Trichloroacetic acid (CCl 3 CO 2 H) 0.65 Trifluoroacetic acid (CF 3 CO 2 H) 0.5 Oxalic acid (HO 2 CCO 2 H) 1.27 Benzoic acid (C 6 H 5 CO 2 H) 4.2 H Cl e- KEMA02 MJ

22 Summering TYPREAKTION Syror deprotoneras HA + H 2 O A - + H 3 O + ph skalan EXEMPEL Saltsyra HCl Svavelsyra H 2 SO 4 Perklor/bromsyra HClO 4 HBrO 4 Klor/bromsyra HClO 3 HBrO 3 Hypoklorit/bromitsyra HClO HBrO Fluorättiksyra ClCH 2 CO 2 H Ättiksyra CH 3 CO 2 H (HAc) Kolsyra H 2 CO 3 Baser protoneras B - + H 2 O HB + OH - Ammoniak NH 3 Natriumhyroxid NaOH Magnesiumhydroxid Mg(OH) 2 Kalciumoxid CaO Natriumhydrid NaH* (*H 2 avgår) KEMA02 MJ