Mer om syra- basjämvikter

Mer om syra- basjämvikter Salt av svaga syror och svaga baser Buffertlösningar Titrering Polypro4ska syror KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 1

Salt av svaga syror NaOAc - natriumsaltet av äqksyra (natriumacetat) (46g/100mL) 5.6M NaHCO 3 - natriumsaltet av kolsyra (natriumbikarbonat) (9g/100mL) 1.1M NaOCl - natriumsaltet av underklorsyrlighet (29g/100mL) 3.9M NaOAc(s) i vaxen => Na + (aq) + AcO - (aq) Na + - jonen har obetydlig syrakaraktär och betraktas som åskådarjon och utesluts ur jämviktsutrycket Syra- basjämvikt för lösning av natriumacetat : AcO - (aq) + H 2 O(aq) <- > OH - (aq) + HOAc(aq) KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 2

NEUTRALISERING: svag syra + stark bas! I en blandning av syra och bas så reagerar all4d den starkaste syran med den starkaste basen först! Neutralisering av svag syra med stark bas 1 ekvivalent syra neutraliseras av 1 ekvivalent stark bas NaOH(s) i vaxen => Na + (aq) + OH - (aq) (Na + åskådarjon) HOAc(aq) + OH - (aq) <- > AcO - (aq) Före Neutr. (mol) 1 Y 0 Ecer Neutr. (mol) 1 - Y 0 Y Startkoncentra4onerna FÖRE JÄMVIKTBERÄKNING: HOAc(aq) + H 2 O(l) <- > H 3 O + (aq) + AcO - (aq) Före J (mol) 1 - Y - 0 Y KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 3

Salt av svag bas och stark syra NH 4 Cl - ammoniumklorid (salmiak) (lä4lösligt i va4en) NH 4 Cl(s) i vaxen => NH 4+ (aq) + Cl - (aq) Cl - - jonen har obetydlig baskaraktär och betraktas som åskådarjon och utesluts NH 4+ (aq) + H 2 O(aq) <- > H 3 O + (aq) + NH 3 (aq) KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 4

NEUTRALISERING: svag bas + stark syra! Neutralisering av svag bas med stark syra 1 ekvivalent bas neutraliseras av 1 ekvivalent stark syra HCl(g) i vaxen => H 3 O + (aq) + Cl - (aq) (Cl - åskådarjon) NH 3 (aq) + H 3 O + (aq) <- > NH 4+ (aq) Före Neutr. (mol) 1 Y 0 Ecer Neutr. (mol) 1 - Y 0 Y Startkoncentra4onerna FÖRE JÄMVIKTBERÄKNING av NH 3 /NH 4 + - lösning: NH 3 (aq) + H 2 O(aq) <- > OH - (aq) + NH 4+ (aq) Före J (mol) 1 - Y - 0 Y KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 5

Vad är en buffertlösning? En buffertlösning håller ph "konstant" vid 4llsats av syra eller bas! 0,1M NaOH ph = 13 ph = 4,8 ph = 4,8 ph = 4,8 KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 6

Vad består en buffertlösning av? En buffertlösning innehåller ungefär lika delar: svag syra tex. HOAc (äqksyra) kojugatbas 4ll syran AcO - (från NaOAc) Tillverkning av 200 ml acetatbuffert 0,5M HOAc/0,5M AcO - 1,0M HOAc 100 ml 1,0M NaOAc 100 ml HOAc+AcO - 1:1 KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 7

Hur kan en buffertlösning hålla ph konstant? 200 ml acetatbuffert 0,5M [HOAc]/0,5M [AcO - ] pk a = 4,75 (för HOAc) bufferaormel (Henderson- Hasselbalch ekvaion dock init.konc.)!"=!# $ +%&' ()*+!, ("+)*, ph = 4,75 då [AcO - ]/[HOAc] = 1!"= #$%&+'() *+,-!. *"-+,. Vid 4llsats av: ph = 4,77 20 ml 0,1M NaOH ph = 4,73 20 ml 0,1M HCl KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 8

Räkna på en 4llsats av bas 4ll buffert? 200 ml acetatbuffert 0,5M [HOAc]/0,5M [AcO - ] 0,10mol HOAc pk a = 4,75 (för HOAc) 0,10mol AcO - Tillsats av 20ml 0,10M NaOH => 0,002mol OH - i volymen V HOAc(aq) + H 2 O(l) <- > H 3 O + (aq) + AcO - (aq) f.4llsats (mol) 0,10 0 0,10 ecer OH - (mol) 0,10-0,002 0 0,10 + 0,002!"= #$%&+'() *+,-!. *"-+,. =!"#$+%&' (")(* +, ("(-. +, =!"## KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 9

Alterna4v 4llverkning av buffert? En buffertlösning innehåller ungefär lika delar: svag syra tex. HOAc (äqksyra) kojugatbas 4ll syran AcO - (från NaOAc) Alterna4v 4llverkning 200 ml buffertlösning 0,5M HOAc/0,5M AcO - genom NEUTRALISERING 2,0M HOAc 100 ml 1,0M NaOH 100 ml av syran HOAc+AcO - 1:1 KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 10

ph som funk4on av andel HOAc eller AcO -!"= #$%&+'() *+,-!. *"-+,. BUFFERTOMRÅDE ph = pk a ± 1 [HOAc] : [AcO - ] 9:1 à 1:9 KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 11

ph- jämviktsdiagram för H 2 CO 3!"=!# $ +%&' ()! * (")* H 2 CO 3 (aq) + H 2 O(l) <- > H 3 O + (aq) + HCO 3- (aq) pk a = 6,37 KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 12

H 2 CO 3 (aq) + H 2 O(l) <- > H 3 O + (aq) + HCO 3- (aq) pk a1 = 6,37 HCO 3- (aq) + H 2 O(l) <- > H 3 O + (aq) + CO 3 2- (aq) pk a2 = 10,25 KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 13

Några vik4ga buffertlösningar (Henderson- Hasselbalch ekva4on dock ini4alkoncentra4oner)!"=!# $ +%&' ()! * (")*!"=!# $ +%&' ()* ()" + * Bufferxormeln gäller alla par av syra- konjugatbas och bas- konjugatsyra och ger samma fördelningsgraf för alla par men vid olika ph = pk a. Några vik4ga buffertsystem (A&J Table 12.1) SammansäXning pk a HOAc/AcO - 4.75 NH 4+ /NH 3 9.25 H 2 PO 4- /HPO 4 2-7.21 KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 14

Titrering KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 15

ph för lösning av konjugatbas 4ll HCOOH Beredning av 0,14 M aq. HCOO - K b = 10,25 Metod 1: 0,14mol HCOONa i 1,0L H 2 O => 0,14 M aq. HCOO - Metod 2: 0,14mol HCOOH + 0,14mol NaOH i 1,0L H 2 O => 0,14 M aq. HCOO - (aq) + H 2 O(l) <- > OH - (aq) + HCOOH (aq) FJ (M) 0,14-0 0 VJ (M) 0,14 x - x x!"#$$"%!$"! %!"#$$! % =& '! " #$%&!! =%#!%#$"' (antag x << 0,14 förenklar ber.) x = [OH - ] = 2,8 10-6 ph = 14 (- log 2,8 10-6 ) = 8,45 ph = 8,45 KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 16

ph för neutraliserade lösningar av svaga syra/baser "Neutralisering" av svag syra med 1 ekvivalent stark bas ger basiskt ph av konjugatbasen. "Neutralisering" av svag bas med 1 ekvivalent stark syra ger surt ph av konjugatsyran. Vik4gt för ax förstå 4trering av svaga syror och baser! KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 17

Titrering metod för koncentra4onsbestämning Titrering av stark syra För ax bestämma halten av en syra i en lösning 4llsäXs en stark bas droppvis när en stökiometrisk mängd bas 4llsaXs växlar ph från surt 4ll basiskt stökiometriska punkten ph = 7 för stark syra Phenolphtalein färglös à violex ph 9 Omslagspunkten detekteras med ph- mätare eller 4llsaX ph- indikator. KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 18

Titrerkurva 1: Stark syra S stökiometriska punkten vid ph = 7 KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 19

Titrerkurva 2: Svag syra S stökiometriska punkten vid ph > 7 ( ph 8,45 för 0,14M HCOO - ) C C = ½ * stökiometriska ph = pk a KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 20

Titrerkurva 3: Svag bas C S stökiometriska punkten vid ph < 7 (bildad konjugatsyra) C = ½ * stökiometriska mängden ph = pk a pk a för konjugatsyran Vilken svag bas kan det vara I det här fallet? pk a 9,8 => pk b 4,2 Kan vara trimetylamin pk b = 4,19 (A&J Tab. 11.2) KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 21

Val av ph- indikator KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 22

Polypro4ska syror (A&J Table 11.10) Brønsted syror som undergår protolys i flera steg I H 2 A + H 2 O <- > H 3 O + + HA -!" # $ + %!"&! %!" ' &% =( )* II HA - + H 2 O <- > H 3 O + + A 2-!" # $ + %!& '! %!"&! % =( )' Tre vikiga polyproiska syror Svavelsyra H 2 SO 4 Bulkkemikalie och försurare. Fosforsyra H 3 PO 4 Byggsten och i kemiska cykler i naturen. Kolsyra H 2 CO 2 Naturens ph- reglerare #1 (H 2 O oräknad). (Räkneexempel lite längre fram!) KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 23

Syra/Bas- jämvikter - polyprotiska syror Beräkning av ph för polypro3ska syror med pk a1 > 1 För polypro4ska syror gäller i flesta fall ax de är svaga syror men en faktor 10 3 gånger starkare i första protolyssteget jämfört med andra protolysen. (A&J Table 11.10) KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 24

Beräkning av ph för polypro4ska syror med pk a1 > 1 För polypro4ska syror gäller i flesta fall ax de är svaga syror men en faktor 10 3 gånger starkare i första protolyssteget jämfört med andra protolysen. (A&J Table 11.10) Strategi för beräkning av ph och jämviktskoncentra4oner då K a1 /K a2 > 10 3 För ax beräkna [H 3 O + ] och ph kan bidraget från andra protolyssteget bortses ifrån då det är litet. Jämviktskoncentra4onerna i andra protolyssteget kan därecer beräknas mha. [H n A - ] och [H 3 O + ] från första steget. KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 25

Beräkna koncentra3onen av alla specier i 0.10 M H 3 PO 4 H 3 PO 4 pk a1 = 2.12 pk a2 = 7.21 pk a3 = 12.68 (svag syra H 3 A) Första protolyssteget H 3 A + H 2 O <- > H 2 A - + H 3 O + Ini4alt (M) [H 3 A] init 0 0 Jämvikt (M) [H 3 A] init - x x x K a1 = [H 2 A - ][H 3 O + ] / [H 3 A] K a1 = x 2 / ([H 3 A] init - x) ([H 3 A]/K a1 10 => x ej försumb.) [H 3 O + ] = 0.024 M ph = 1.6 => poh = 12.4 [OH - ]=4.2. 10-13 M [H 2 PO 4- ] = 0.024 M => [H 3 PO 4 ] = 0.10-0.024 = 0.076 M KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 26

Beräkna koncentra3onen av alla specier i 0.10 M H 3 PO 4 H 3 PO 4 pk a1 = 2.12 pk a2 = 7.21 pk a3 = 12.68 (svag syra H 3 A) Andra protolyssteget H 2 A - + H 2 O <- > HA 2- + H 3 O + Ini4alt (M) 0.024 0 0.024 Jämvikt (M) 0.024 x x 0.024+x Antag x << 0.024 då K a2 /K a1 < 10-3 K a2 = x. (0.024 + x)/(0.024 - x) = x x = 6.2. 10-8 (=> x << 0.024) [HPO 4 2- ] = 6.2. 10-8 M KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 27

Beräkna koncentra3onen av alla specier i 0.10 M H 3 PO 4 H 3 PO 4 pk a1 = 2.12 pk a2 = 7.21 pk a3 = 12.68 (svag syra H 3 A) Tredje protolyssteget HA 2- + H 2 O <- > A 3- + H 3 O + Ini4alt (M) 6.2. 10-8 0 0.024 Jämvikt (M) 6.2. 10-8 - x x 0.024+x Antag x << 6.2. 10-8 då K a3 /K a2 < 10-3 K a3 = x. (0.024 + x)/(6.2. 10-8 - x) = x. 0.024/6.2. 10-8 x = 2.1. 10-13. 6.2. 10-8 /0.024 = 5.4. 10-19 (=> x << 6.2. 10-8 ) [PO 4 3- ] = 5.4. 10-19 M KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 28

Beräkning av ph för H 2 SO 4 (aq) (pk a1 <- 1 o pk a2 = 1.92) OBS! pk a1 stark pk a2 = 1.92 [H 2 SO 4 ] = C I Stark syra H 2 SO 4 (aq) + H 2 O(l) <- > H 3 O + (aq) + HSO 4- (aq) Fullst. protolys (M) 0 C C II Svag syra HSO 4- (aq) + H 2 O(l) <- > H 3 O + (aq) + SO 2-4 (aq) Före J (M) C C 0 Vid J (M) C x C + x x!" # $ + %!&$ ' (! %!"&$ '! % =) *(!!"#+!$ "# "!$ =% &'! =! "# $% +&' % + "# $% +&'% ( +# $% "& KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 29

Beräkning av ph för H 2 SO 4 (aq) (A&J Self- Test 11.15A) [H 2 SO 4 ] = 0.050 M K a2 = 0.012 Svag syra HSO 4- (aq) + H 2 O(l) <- > H 3 O + (aq) + SO 4 2- (aq) Före J (M) C C 0 Vid J (M) C x C + x x! =! "# $% +&' % + "# $% +&'% ( +# $% "& [H 3 O + ] = 0.050 + 0.0085 = 0.059 => ph = 1.23 KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 30