Syror och baser. H 2 O + HCl H 3 O + + Cl H + Vatten är en amfolyt + OH NH 3 + H 2 O NH 4. Kemiföreläsning

Transkript

1 Begrepp Syror och baser Kemiföreläsning 9--7 Några vanliga syror HCl (aq) saltsyra HNO salpetersyra H SO svavelsyra H CO kolsyra H PO fosforsyra HAc ättiksyra (egentligen CH COOH, Ac är en förkortning av acetic). Ett par baser NH NaOH ammoniak natriumhydroxid Protolys protonövergång protongivare protontagare. Proton vätejon oxoniumjon. Hydroxidjon. Amfolyt. Surhet vätejonkoncentration - ph. ph-skalan. Starka och svaga syror. Fullständig protolys eller inte. Jämvikt. Dubbelpilens betydelse. Reversibel reaktion. Neutralisation. Vattnets autoprotolys. ph i neutral. Titrering. Syra-baspar H O + HCl H O + + Cl H O + HCl H O + + Cl När väteklorid löser sig i vatten bildas saltsyra, HCl (aq). Molekylen HCl delas upp i joner, och Cl. Vätejonen binds till en vattenmolekyl och det bildas en oxoniumjon, H O +. Vattenmolekylen tar en vätejon från HCl-molekylen. HCl lämnar en vätejon till H O-molekylen = en vätejon går från HCl till H O = en proton går från HCl till H O HCl avger en proton, HCl är protongivare, HCl är en syra. En syra är en protongivare (vätejongivare). NH + H O NH + + OH Vatten är en amfolyt Vatten kan vara en antingen en bas eller en syra. Sådana ämnen kallas amfolyter. I kontakt med syran HCl blir vattnet en bas. I kontakt med basen NH blir vattnet en syra. När ammoniak löser sig i vatten bildas ammoniumjoner och hydroxidjoner. Ammoniak är en bas och tar en vätejon (proton) från vattnet. I den här reaktionen får vattnet vara syran (protongivaren). 7 8

2 En protolys kräver både en syra och en bas HCl är en syra och kan avge en proton, men bara om det finns en bas som kan ta upp protonen. Varför blir en sur? H O + HCl H O + + Cl Det kan inte bero på syran HCl, för den finns ju inte kvar efter protolysen. Om vi löser HCl i heptan (C 7 H 6 ) så sker ingen protolys. Heptan är ingen bas och kan inte ta upp någon proton. 9 Lösningen blir sur för att den innehåller oxoniumjoner, H O +. Det är oxoniumjonerna eller vätejonerna som gör en sur. Vätejonen; eller H O +? Väteatomen Vätejonen är extremt liten och laddad, därför kan den inte existera fritt i vatten utan binds till en vattenmolekyl som H O +. Vi säger ibland och H O + ibland.. + Vätejonen är en proton Den här en blir basisk NH + H O NH + + OH När man löser ammoniak (en bas) i vatten blir en basisk. Det beror inte på att den innehåller ammoniak, utan på att den innehåller hydroxidjoner, OH. En basisk innehåller hydroxidjoner. Hydroxider ger OH -joner Hur sur är en? När natriumoxid löses i vatten frigörs hydroxidjoner och en blir basisk. NaOH (s) Ca(OH) H O H O Na + (aq) + OH (aq) Ca + (aq) + OH (aq)

3 Så här sur är en! H O + HCl H O + + Cl mol HCl mol H O + C(HCl) =, mol/dm innebär att [ ] =, mol/dm mest C(HCl) =, mol/dm innebär att [ ] =, mol/dm sur C(HCl) =, mol/dm innebär att [ ] =, mol/dm minst Det är koncentrationen av H O + eller koncentrationen av, dvs [ ] som avgör hur sur en är. Hur sur? ph-skalan. Man kan säga: ens vätejonkoncentration är mol/dm, men det är lättare att säga att ph = Vi definierar ph = lg [ ] och får [ ] = ph 5 6 ph-skalan Skalan går från ungefär till ungefär En indikator visar hur det är Två vanliga indikatorer är fenolftalein och bromtymolblått eller BTB Mycket sur Neutral Mycket basisk 7 Mycket sur Neutral Mycket basisk 7 [ ] = mol/dm [ ] = 7 mol/dm [ ] = mol/dm [ ] = mol/dm [ ] = 7 mol/dm [ ] = mol/dm fenolftalein BTB 7 8 Starka och svaga syror Vi undersöker en av HCl med koncentrationen, mol/dm. H O + HCl H O + + Cl före protolys, mol/dm mol/dm mol/dm efter protolys mol/dm, mol/dm, mol/dm Alla HCl-molekyler har protolyserats och blivit H O + och Cl. Samma undersökning av HAc, ättiksyra, ger: H O + HAc H O + + Ac före protolys, mol/dm mol/dm mol/dm efter protolys,996 mol/dm, mol/dm, mol/dm Bara en liten del av HAc-molekylerna har protolyserats. 9 Starka syror protolyseras helt och vi skriver reaktionen med enkelpil: H O + HI H O + + I vätejodid H O + HBr H O + + Br vätebromid H O + HCl H O + + Cl väteklorid H O + HClO H O + + ClO perklorsyra H O + H SO H O + + HSO svavelsyra H O + HNO H O + + NO salpetersyra

4 Svaga syror finns det många H O + HAc H O + + Ac H O + HSO H O + + SO H O + H CO H O + + HCO H O + HCO H O + + CO ättiksyra vätesulfatjon kolsyra vätekarbonatjon H O + H PO H O + + H PO fosforsyra H O + H PO H O + + HPO divätefosfatjon H O + HPO H O + + PO vätefosfatjon FULL Full eller inte? INTE FULL FULL! NÄSTAN GANSKA HALV- NÄSTAN FULL FULL FULL TOM fullare tommare Stark eller svag syra? STARK SVAGA SYROR SYRA STARK! GANSKA MINDRE ÄNNU JÄTTE- STARK STARK SVAGARE SVAG starkare svagare En tabell med svaga syror finns i formelsamlingen sid 95. De starkaste svaga syrorna står längst upp, de svagaste längst ner Neutralisation En sur innehåller. En basisk innehåller OH. Blandas en sur och en basisk i ekvivalenta mängder, blir resultatet en neutral. Detta kallas neutralisation. Skrivs eller + OH H O H O + + OH H O 5 OH+ HO+ Vattnets autoprotolys () Om vi undersöker rent vatten finner vi en liten mängd vätejoner och hydroxidjoner. Det beror på reaktionen H O + H O Den ena vattenmolekylen fungerar som syra och den andra som bas. Det bildas lika många OHsom HO+så en är ändå neutral. 6

5 OH+ HO+ Vattnets autoprotolys () Jämviktsläget för reaktionen H O + H O är sådant att i rent, neutralt vatten vid rumstemperatur har vi [ ] =, 7 mol/dm och [OH ] =, 7 mol/dm Därför är ph = 7, i neutral. Titrering Neutralisation kan användas för att bestämma t.ex. koncentrationen på en syra. Mät upp en bestämd volym av syran. Man neutraliserar med en bas med känd koncentration. Läs av hur stor volym av basen som behövs för att få en neutral blandning. Molförhållandet mellan syra och bas ges av neutralisationsreaktionen. 7 8 Titrering av 5 ml HCl med NaOH. BTB ger färgen. ph Ingen hann se att en var grön ml NaOH Här är en redan blå Här är en fortfarande gul 9 O Ac+ + HO+ OH Syra-baspar Ac+ H HAc Ättiksyrans protolysreaktion är reversibel. syra bas bas syra HAc + H O Den omvända reaktionen innebär att Actar upp en proton: bas syra syra bas Acetatjonen är alltså en bas. Ättiksyran och acetatjonen utgör ett syra-baspar. Vattnet deltar i två syra-baspar: H O + /H O och H O/OH. I formelsamlingen finns både syror och baser 5