Syra-basjämvikter. (Kap )

Transkript

1 Syra-basjämvikter. (Kap ) Endast vattenlösningar i denna kurs. Definitioner (16.1) Syra (enl. Brönsted & Lowry): Protongivare. HA(aq) + H 2 O(l) H 3 O + (aq) + A (aq) (Protolysreaktion) H 3 O + = oxoniumjon Bas: Protontagare. (H 2 O är bas i reaktionen ovan.) B(aq) + H 2 O(l) BH + (aq) + OH (aq) OH (aq) = hydroxidjon Konjugerade syra-bas-par: Jonen A kan uppträda som en konjugerad (korresponderande, motsvarande) bas till syran HA: A (aq) + H 2 O(l) HA(aq) + OH (aq). Vatten uppträder som bas i reaktion med syra. Vatten uppträder som syra i reaktion med bas. Vatten är amfolyt. Två konjugerade syra-baspar i varje reaktion

2 Starka och svaga syror och baser. (16.2) Starka syror resp. baser: Reaktionerna sker fullständigt åt höger ( ). Ex. Svavelsyra (H 2 SO 4 ), saltsyra (HCl), salpetersyra (HNO 3 ), (se tab. 16.1). Lösa H som binder till elektroneg. ämne (vanl. O). Natriumhydroxid (NaOH). Den (här) enda riktigt starka basen. Svaga syror resp. baser: Ofullst. reaktion, jämviktskonstant << 1. ( blir ). Se Självtest 16.3 och Tabell Ex. Fosforsyra (H 3 PO 4 ), ättiksyra (= etansyra = CH 3 COOH) m.fl. organiska syror. Ammoniak (NH 3 ), organiska aminer. I konjugerade syra-baspar motsvaras en starkare syra av en svagare bas. Exempelvis är NO 3 en mycket svag bas.

3 Svag syra: Syrakonstant: HA(aq) + H 2 O(l) H 3 O + (aq) + A (aq) H 3 O + skrivs H + för korthets skull. K a = + - [ H ] [ A ] [ HA] Svag bas: Baskonstant: B(aq) + H 2 O(l) BH + (aq) + OH (aq) K b = + - [ HB ] [ OH ] [ B] (Formeln i box s. 550 fel!) Vattnets autoprotolys: 2 H 2 O(l) H 3 O + (aq) + OH (aq) (16.3) K w = [H 3 O + ] [OH ]=10-14 vid 25 o C (svagt temp.beroende.).

4 Det gäller (visa själv) att för syra- resp. baskonstanterna inom ett konjugerat par gäller: K a K b = K w ph-begreppet. (16.4) Enkelt sätt ange hur sur en lösning är: ph = 10 log [H 3 O + ] Andra p-operatorer: pk a = 10 log K a osv. pk a + pk b = pk w = 14 I varje vattenlösning gäller ph + p(oh) = 14 Ex. I en 0,1 molar lösning av saltsyra (HCl, stark syra) är ph = 1. Dissociationsgrad hos svag syra = andel av syran som protolyserats α = - [ A ] - [ HA] + [ A ]

5 Beräkningsmetoder. Ex. Beräkna ph och dissociationsgrad hos en 0,010 molar lösning av ättiksyra. Använd ett jämviktsschema: (CH 3 COOH = HA). K a = 1, HA + H 2 O H 3 O + + A Före 0, Efter 0,01 x x x Totalhaltsvillkor 2 x 5 Jämviktsvillkor: = 1, , 01 x ger x = 4, (enklare om x << 0,01, vilket gäller inom behövlig noggrannhet) Dissociationsgrad: α = 4, , 01 4 = 0, 041 ph = 3,4 i lösningen, dissociationsgrad = 4,1 %

6 Flerbasiska syror (svaga). (Ej i bok) Syror med mer än en sur proton. Ex. tvåbasisk syra, H 2 A. Två protolysjämvikter: H 2 A + H 2 O H 3 O + + HA HA + H 2 O H 3 O + + A [ H ] [ HA ] 1 [ H A] Totalhaltsvillkor: c A,tot = H 2A + HA + A Laddningsvillkor: [ H ] = [ HA ] + 2 [ A ] (positiva = negativa) Vi har fyra okända konc.: [H + ] (=[H 3 O + ]),[H 2 A], [HA ] och [A 2 ] Vi har fyra ekvationer: Två jämviktsvillkor, ett totalhaltsvillkor och ett laddningsvillkor, d.v.s. problemet är lösbart. Det kan visas att med lämpliga approximationer blir ph för en NaHAlösning = (pk a1 + pk a2 )/2. Syns också på fig. nästa sida. 2 = K a + 2- [ H ] [ A ] = K - 2 [ ] a HA - 2- [ ] [ ] [ ]

7 Fördelning mellan species vid olika ph. Blir enligt vidstående figur (för oxalsyra): HOOCCOOH = H 2 A HOOCCOO = HA OOCCOO = A 2 Där kurvor möts är ph = pk a1 resp. pk a2 Värden beror på konstanter för aktuell syra. Buffertar. Håller ph konstant i lösningar vid tillsats av mindre mängd syra eller bas. Består av blandning av syra med konjugerad bas i ungefär lika mängder. Ur formeln för syrakonstanten fås (visa själv): ph = p Buffertformeln eller Henderson Hasselbalchs formel 10 K a + log - [ A ] [ HA]

8 Titrering av syra med bas. Bilden visar titrering av svag syra med stark bas (vanl. NaOH). ph stiger. Vid ekvivalenspunkten är n HA = n NaOH. Då stiger ph snabbt. Vid ekv. punkten gäller: [HA] V HA = [NaOH] V,eq Man kan räkna fram syrakonc. om baskonc. är känd. c s V s = c b V b I buffertzonen, där kurvan är flack ligger ph nära pk a Mitt i denna är tillsatt volym = V eq /2, d.v.s. [HA] = [A ] Tvåbasisk syra. Ger två omslagspunkter vid titrering. 1:a: H 2 A + OH HA + H 2 O 2:a: HA + OH A 2 + H 2 O

9 Indikatorer. Substanser som byter färg inom ett snävt ph-område. Är syror vars konjugerade bas har annan färg. Omslaget sker inom buffertzonen för indikatorn. Vid titrering bör man: Räkna fram vid vilket ph omslaget väntas ske för syran som ska titreras. Välja en lämplig indikator för detta ph-område. Tabeller finns.