Κοινό ιόν ανιόν Α - (Ρ..) Άλας του τύπου ΝaΑ. Σε ασθενές οξύ ΗΑ (αντίστοιχα)

Transcript

1 ΕΠ ΙΙ ΡΑΣΗ ΚΟ ΙΙΝΟΥ ΙΙΟΝΤΟΣ Το φαινόµενο της ελάττωσης του αθµού ιοντισµού ενός ασθενούς ηλεκτρολύτη, εξαιτίας της παρουσίας στο διάλυµα του ενός ισχυρού ηλεκτρολύτη που έχει κοινό ιόν µε τον ασθενή χαρακτηρίζεται ως επίδραση κοινού ιόντος εν ισχύει ο νόµος αραίωσης του Ostwld (διότι ο νόµος αυτός ισχύει για διάλυµα στο οποίο γίνεται ιοντισµός ενός ασθενούς ηλεκτρολύτη και η ισορροπία αυτού δεν επηρεάζεται από την παρουσία κάποιου άλλου ηλεκτρολύτη. Όσο µικρότερη είναι η σταθερά ιοντισµού του ασθενούς ηλεκτρολύτη, τόσο µεγαλύτερη είναι η επίδραση του ισχυρού ηλεκτρολύτη στον ιοντισµό του ασθενούς. Όσο µεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση του ισχυρού ηλεκτρολύτη τόσο µεγαλύτερη είναι η επίδραση στον ιοντισµό του ασθενούς. (Το αποτέλεσµα της επίδρασης του κοινού ιόντος είναι υπολογίσιµο, όταν η συγκέντρωση του ισχυρού ηλεκτρολύτη δεν είναι πολύ µικρότερη από τη συγκέντρωση του ασθενούς). Αν ένα διάλυµα έχει προκύψει από ανάµιξη διαλύµατος ασθενούς ηλεκτρολύτη µε διάλυµα ισχυρού που έχει κοινό ιόν µε τον ασθενή, τότε δεν είναι δυνατόν να αποφανθούµε ποιοτικά για την επίδραση της ανάµιξης στο αθµό ιοντισµού του ασθενούς ηλεκτρολύτη, αλλά µόνο µετά από ποσοτική µελέτη. Αυτό συµαίνει διότι µε την ανάµιξη πραγµατοποιούνται ταυτόχρονα δυο αντίθετες δράσεις: Α. η Ε.Κ.Ι. έχει σαν αποτέλεσµα την ελάττωση του αθµού ιοντισµού του ασθενούς ηλεκτρολύτη, ενώ, Β. η αύξηση του ολικού όγκου του διαλύµατος έχει σαν αποτέλεσµα την ελάττωση της συγκέντρωσης του ασθενούς ηλεκτρολύτη, άρα την αύξηση του αθµού ιοντισµού αυτού. ΚΥΡΙΟΤΕΡΕΣ ΠΕΡΙΠΤΩΣΕΙΣ Ε.Κ.Ι. Η 3 Ο Ισχυρό οξύ Ηl, HBr, HJ, HNO 3, HlO 4, H SO 4 ΟΗ Ισχυρή άση ΝΟΗ, ΚΟΗ, (ΟΗ), Β(ΟΗ) ανιόν Α (Ρ..) Άλας του τύπου ΝΑ ΝlO, ΝlO, ΝNO, ΝN, ΝF, HOOΝ, H 3 OOΝ κατιόν ΒΗ (Ρ..) Άλας του τύπου BHl ΝΗ 4 l, RNH 3 l Σε ασθενές οξύ ΗlO, HlO, HNO, HN, HF, HOOH, H 3 OOH, NH 4 Σε ασθενή άση ΝΗ 3, RNH, lo, lo, NO, N, F, HOO, H 3 OO Σε ασθενές οξύ ΗΑ (αντίστοιχα) ΗlO, HlO, HNO, HN, HF, HOOH, H 3 OOH Σε ασθενή άση (αντίστοιχα) NH 3, RNH

2 9. Υ ΑΤΙΚΟ ΙΑΛΥΜΑ ΑΣΘΕΝΟΥΣ ΟΞΕΟΣ ΚΑΙ ΙΣΧΥΡΟΥ ΟΞΕΟΣ (π.χ. Hl) (θ = 5 ) 0 ph < 7 Hl (q) Η Ο (l) Η 3 Ο (q) l (q) Ισχ Ισχ Ισχ HA (q) Η Ο (l) Η 3 Ο (q) Α (q) Αρχικά I.Ι. ( ) ( Ισχ ) Ισχύει : Κ α = (Ισχ. ). α = = α. Αν α 0,01 ( Ισχ.) Ισχ. ( ), Κ α =. Επειδή, α = ph = lg( Ισχ ) = lg Ισχ ΠΡΟΣΟΧΗ!! Ισχ = lg Ισχ =. α = α. Ισχ. [Η 3 O ] = Ισχ. lg Ισχ = lg ph = p lg lg Ισχ = lg (. ph = lg Ισχ ph= pα ) ph = lg α lg 10. Υ ΑΤΙΚΟ ΙΑΛΥΜΑ ΑΣΘΕΝΟΥΣ ΒΑΣΗΣ ΚΑΙ ΙΣΧΥΡΗΣ ΒΑΣΗΣ (π.χ. ΝΗ 3 ΝΟΗ) (θ = 5 ) 7 < ph 14 ΝΟΗ Ν (q) ΟΗ (q) Ισχ Ισχ Ισχ ΝΗ 3(q) Η Ο ΝΗ 4 (q) ΟΗ (q) Αρχικά Ιοντ./Παρ Ι.Ι. ( ) ( Ισχ ).( Ισχύει : Κ b = ) Ισχ. α = = α. Αν 0,01 ( Ισχ. ) Ισχ. ( ), Κ b =. Επειδή, α = b = α. Ισχ [ΟΗ ] = Ισχ. poh = lg( Ισχ. ) = lg Ισχ ph = 14pOH ph = 14 lg ισχ ΠΡΟΣΟΧΗ!! Ισχ = Ισχ = b. lg Ισχ = lg poh = p lg lg Ισχ = lg (. poh = lg Ισχ poh= p b lg ) poh = lg α lg

3 11. Υ ΑΤΙΚΟ ΙΑΛΥΜΑ ΑΣΘΕΝΟΥΣ ΟΞΕΟΣ ΚΑΙ ΣΥΖ ΒΑΣΗΣ (ΜΕ ΤΗ ΜΟΡΦΗ ΑΛΑΤΟΣ) Ρ.. (θ = 5 ) 0 < ph 7 ΜΑ Μ (q) Α (q) A A A 1. Υ ΑΤΙΚΟ ΙΑΛΥΜΑ ΑΣΘΕΝΟΥΣ ΒΑΣΗΣ ΚΑΙ ΣΥΖ ΟΞΕΟΣ (ΜΕ ΤΗ ΜΟΡΦΗ ΑΛΑΤΟΣ) Ρ.. (θ = 5 ) 7 ph < 14 ΝΗ 4 l ΝH 4 (q) l (q) A A A ασθ. οξύ συζ. άση HA (q) Η Ο (l) H 3 Ο (q) Α (q) Αρχικά A Ιοντ./Παρ Ι.Ι. ( ) ( A ) (A). Ισχύει : Κ α = α = = α. α Αν 0,01 (A ) A ( ) Κ α =. Επειδή, α = α = α. A [Η 3 Ο ] = M ph = lg ph = lg(α.) ph = lg( α. ) A A ph = p α lg εξίσωση των HendersnHsselblch O 1. εν γράφεται ΠΟΤΕ η υδρόλυση του ανιόντος, (H 3 OO H O H 3 OOH OH ) διότι συµπεριλαµάνεται στον ιοντισµό του ασθενούς οξέος.. Στα Ρ.. (λ. 1) η [Η 3 Ο ] = = α. παραµένει πρακτικά σταθερή A ασθ. άση συζ. οξύ ΝΗ 3(q) Η Ο (l) ΝΗ 4 (q) ΟΗ (q) Αρχικά A Ιοντ./Παρ. Ισχύει : Κ b = Αν Ι.Ι. ( ) ( A ) (A). α = = α. 0,01 (A ) A ( ) Κ b =. Επειδή, α = = α. A [ΟΗ ] = M B pοh = lg pοh = lg(α.) pοh = lg( α ) A A pοh = p α lg εξίσωση των HendersnHsselblch 1. εν γράφεται ΠΟΤΕ η υδρόλυση του κατιόντος, (ΝΗ 4 H O ΝΗ 3 Η 3 Ο ) διότι συµπεριλαµάνεται στον ιοντισµό της ασθενούς άσης.. Στα Ρ.. (λ. ) η [ΟΗ ] = = α. παραµένει πρακτικά σταθερή A

4 13. Υ ΑΤΙΚΟ ΙΑΛΥΜΑ ΠΟΥ ΠΕΡΙΕΧΕΙ ΥΟ ΑΣΘΕΝΗ ΟΞΕΑ (θ = 5 ) 0 < ph < 7 HA (q) Η Ο (l) Η 3 Ο (q) Α (q) Αρχικά HA * I.Ι. ( HA ) ( y ) 14. Υ ΑΤΙΚΟ ΙΑΛΥΜΑ ΠΟΥ ΠΕΡΙΕΧΕΙ ΥΟ ΑΣΘΕΝΕΙΣ ΒΑΣΕΙΣ (θ = 5 ) 7 < ph < 14 ΝΗ 3 (q) Η Ο (l) ΝΗ 4 (q) ΟΗ (q) Αρχικά 1 * I.Ι. ( 1 ) ( y ) HΒ (q) Η Ο (l) Η 3 Ο (q) Β (q) Αρχικά HB Ιοντ./Παρ. y y y I.Ι. ( HB y) ( y ) y Ισχύει : Κ HA = Αν HA (y). HA α 1 = HA 0,01 ( HA ) HA Κ HA = [Η 3 Ο ] = ( y) M Επίσης : Κ HΒ = Αν HB (y).y HBy και α = y HB 0,01 ( HB y) HB, Κ HB = [Η 3 Ο ] = ( y) M ph = lg(y) = α 1. HA (y). HA y = α. HB (y).y HB Με τον ίδιο τρόπο εργαζόµαστε σε διαλύµατα που περιέχουν δυο άλατα ασθενών µονόξινων άσεων και ισχυρών µονοασικών οξέων (π,χ ιάλυµα ΝΗ 4 l H 3 NH 3 l ουσιαστικά είναι διάλυµα ΝΗ 4 RNH 3, δηλ. διάλυµα δυο ασθενών οξέων) RNH (q) Η Ο (l) RNH 3 (q) OH (q) Αρχικά Ιοντ./Πα ρ. y y y I.Ι. ( y) y ( y ) Ισχύει : Κ 1 = Αν 1 1 (y). 1 α 1 = 0,01 ( 1 ) 1 Κ 1 = [ΟH ] = ( y) M Επίσης : Κ = Αν (y).y y 1 και α = y 0,01 ( y), Κ = = α 1. 1 (y). 1 y = α 1. (y).y [ΟH ] = ( y) M poh = lg(y) ph = 14 lg(y) Με τον ίδιο τρόπο εργαζόµαστε σε διαλύµατα που περιέχουν δυο άλατα ασθενών µονοασικών οξέων και ισχυρών µονόξινων άσεων (π,χ ιάλυµα H 3 OON HOON ουσιαστικά είναι διάλυµα H 3 OO HOO, δηλ. διάλυµα δυο ασθενών άσεων)

5 15. Υ ΑΤΙΚΟ ΙΑΛΥΜΑ ΠΟΥ ΠΕΡΙΕΧΕΙ ΕΝΑ ΙΒΑΣΙΚΟ ΟΞΥ (π.χ. H S, H O 3, ) (θ = 5 ) 0 < ph < 7 1 ο στάδιο ιοντισµού H A (q) Η Ο (l) Η 3 Ο (q) ΗΑ (q) Αρχικά I.Ι. ( ) ( y ) ( y) ο στάδιο ιοντισµού HΑ (q) Η Ο (l) Η 3 Ο (q) Α (q) Αρχικά Ιοντ./Παρ. y y y I.Ι. ( y) ( y ) y Κ α(1) = (y).(y) α 1 = = α 1. (y).y y Κ α() = α = y = α. y Ισχύει: << () Κ α(1) >>> Κ α() y<< (y) (y). Άρα [Η 3 Ο ] = M και [Α ] = y, ενώ υπολογίζονται ως εξής: 16. ΕΞΑΙΡΕΣΗ Υ ΑΤΙΚΟ ΙΑΛΥΜΑ Η SΟ 4 (θ = 5 ) 0 < ph < 7 1 ο στάδιο ιοντισµού (ΙΣΧΥΡΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΗΣ) H SO 4(q) Η Ο (l) Η 3 Ο (q) HSO 4 (q) Αρχικά ΤΕΛΙΚΑ α 1 =1 και η Κ α(1) δεν ορίζεται ο στάδιο ιοντισµού HSO 4 (q) Η Ο (l) Η 3 Ο (q) SO 4 (q) Αρχικά Ιοντ./Παρ. y y y I.Ι. ( y) ( y ) y Το δεύτερο στάδιο γίνεται σε σηµαντική έκταση (υψηλή τιµή σταθεράς, Κ α() =1,3.10 ). Για το λόγο αυτό δεν γίνεται καµία από τις γνωστές προσεγγίσεις (λύνουµε το τριώνυµο που σχηµατίζεται!!!) Κ α() = Κ α() = (y).y y (y).y y α = y y = α. y ( α() ). y α(). = 0 y = γνωστό Η [Η 3 Ο ] από την Κ α(1) : Κ α(1) = ph = lg α(1).. = [H3 O ] = α(1). Με γνωστή πλέον την τιµή του y έχουµε: [Η 3 Ο ] = ( y) ph = lg( y) Η [Α ] από την Κ α() : Κ α() =.y y = [A ] = α()

6 17. Υ ΑΤΙΚΟ ΙΑΛΥΜΑ ΠΟΥ ΠΕΡΙΕΧΕΙ ΜΙΑ ΙΣΟΞΙΝΗ ΒΑΣΗ (π.χ. S, O 3, ) (θ = 5 ) 7 < ph < 14 Ν Α Ν (q) Α (q) A A A 1 ο στάδιο ιοντισµού Α (q) Η Ο (l) ΗΑ (q) ΟΗ (q) Αρχικά A Ιοντ. / Παρ. Ι.Ι. ( A ) (y) ( y) ο στάδιο ιοντισµού HΑ (q) Η Ο (l) H A (q) ΟΗ (q) Αρχικά Ιοντ. / Παρ. y y y Ι.Ι. ( y) ( y) w [HA ].[OH ] Κ b(1) = = Κ α() [A ] µε α 1 =. =α1 A Κ α() = A [A ].[H O 3 ] [HA ] w [HA].[OH] y [HA ].[H Κ b() = = µε α = y=α() Κ. 3O ] Κ α(1) = α(1) [HA ] [HA] Επειδή α(1) >>> α() Κ b(1) >> Κ b() α (1) >> α () >>>> y ( y) ( y) Άρα, επειδή ο ιοντισµός στο δεύτερο στάδιο είναι πολύ περιορισµένος σε σχέση µε το πρώτο, η [OH ] (άρα και το ph) του διαλύµατος είναι πρακτικά αυτή που προέρχεται από το πρώτο στάδιο. Κ b(1) = Κ w α() poh = lg ( y).( y). = = =[OH ]= Α Α b(1).a b(1).a, ph =14 poh ph = 14 lg b(1).a 18. ΕΞΑΙΡΕΣΗ Υ ΑΤΙΚΟ ΙΑΛΥΜΑ SΟ 4 (θ = 5 ) 7 < ph < 14 Το θειικό ανιόν ( SO 4 ) διαθέτει ένα µόνο στάδιο, διότι το θειικό οξύ είναι ισχυρό στο πρώτο στάδιο ιοντισµού του Ν SO 4 Ν (q) SO 4 (q) A A A Ιοντισµός SO 4 (q) Η Ο (l) HSO 4 (q) ΟΗ (q) Αρχικά A Ιοντ. / Παρ. Ι.Ι. ( A ) Επειδή η τιµή της σταθεράς του δεύτερου σταδίου ιοντισµού του θειικού οξέος (ουσιαστικά του HSO 4 ) είναι της τάξης του 10 (Κ α() = 1,3.10 ), συνεπάγεται πως η τιµή της σταθεράς ιοντισµού του θειικού ανιόντος 14 Κ w 10 είναι πολύ µικρή (Κ b = = 10 1 ), άρα ένα διάλυµα α() 1,3.10 ουδέτερου θειικού άλατος µε µια ισχυρή άση (π.χ. Να SO 4 ) θα είναι ελάχιστα ασικό. Κ b = Κ w α() = [OH ] = = A 10 1 = 10 1.A poh = lg 1.A ph = 14 poh = 14 (6 lg A 10 poh = 6 lg A A ) ph = 8 lg A

7 19. Υ ΑΤΙΚΟ ΙΑΛΥΜΑ ΟΞΙΝOΥ ΑΛΑΤΟΣ ΠΟΛΥΒΑΣΙΚΟΥ ΟΞΕΟΣ (π.χ. NHS, HO 3, ) (θ = 5 ) ΝHΑ Ν (q) HΑ (q) A A A Το ΗΑ είναι αµφολύτης (εκτός του HSO 4 ). Μπορεί να δράσει είτε (1) σαν οξύ (δεύτερο στάδιο ιοντισµού του Η Α) (1) Όξινη συµπεριφορά ΗΑ HΑ (q) Η Ο (l) Α (q) Η 3 Ο (q) Αρχικά A Ιοντ. / Παρ. Ι.Ι. ( A ) Με Κ α() = A είτε () σαν άση, α 1 = A = [Η 3 Ο ] =α 1. A () Βασική συµπεριφορά ΗΑ HΑ (q) Η Ο (l) H A (q) ΟΗ (q) Αρχικά A Ιοντ. / Παρ. y y y Ι.Ι. ( A y) y y Κw y y Κ b() = =, α = y = [ΟΗ ] = α. A α(1) Ay A Αν Κ α() > Κ b, το ΗΑ συµπεριφέρεται σαν οξύ, εργαζόµαστε µε την ισορροπία (1) και το διάλυµα είναι όξινο, µε ph που υπολογίζεται (µετά τις απαραίτητες προσεγγίσεις) από τη σχέση ph = lg α().a Αν Κ α() < Κ b, το ΗΑ συµπεριφέρεται σαν άση, εργαζόµαστε µε την ισορροπία () και το διάλυµα είναι ασικό, µε pοh που υπολογίζεται (µετά τις απαραίτητες προσεγγίσεις) από τη σχέση poh=lg b().a, ph =14 poh ph = 14 lg b().a 0. ΕΞΑΙΡΕΣΗ Υ ΑΤΙΚΟ ΙΑΛΥΜΑ ΟΞΙΝOΥ ΘΕΙΙΚΟΥ ΑΛΑΤΟΣ (π.χ. NHSΟ 4, ) (θ = 5 ) 0 < ph < 7 ΝHSO 4 Ν (q) HSO 4 (q) A A A T HSO 4 δρα αποκλειστικά σαν οξύ ( ο στάδιο ιοντισµού του Η SO 4 ) διότι το συζυγές του οξύ (Η SO 4 ) είναι ισχυρό στο 1 ο στάδιο ιοντισµού του, µε αποτέλεσµα το HSO 4 να µην µπορεί να ρεθεί σε ισορροπία µε το συζυγές αυτό (πρακτικά η αντίδραση ιοντισµού του HSO 4 σαν άση HSO 4 H O H SO 4 OH είναι µετατοπισµένη προς τα αριστερά). Έτσι στην πραγµατικότητα εργαζόµαστε µε το ο στάδιο ιοντισµού του Η SO 4. ο στάδιο ιοντισµού Η SO 4 HSO 4 (q) Η Ο (l) Η 3 Ο (q) SO 4 (q) Αρχικά A I.Ι. ( A ) Επειδή Κ α() =1,3.10 δεν γίνεται καµία από τις γνωστές προσεγγίσεις (λύνουµε το τριώνυµο που σχηµατίζεται) Κ α() = Κ α() = A A α = = [H 3 O ] = α. A. α() α(). A = 0 = γνωστό Με γνωστή πλέον την τιµή του έχουµε: [Η 3 Ο ] = ph = lg