ΚΑΝΟΝΕΣ ΚΛΑΣΜΑΤΩΝ ΙΟΝΙΣΜΟΥ ΓΙΑ ΔΙΠΡΩΤΙΚΑ ΟΞΕΑ Στην περίπτωση διπρωτικού οξέως µε σταθερές pk A και pk B ελέγχουµε την τιµή του ph 1η περίπτωση.

Transcript

1 ΚΑΝΟΝΕΣ ΚΛΑΣΜΑΤΩΝ ΙΟΝΙΣΜΟΥ ΓΙΑ ΔΙΠΡΩΤΙΚΑ ΟΞΕΑ Στην περίπτωση διπρωτικού οξέως µε σταθερές pk A και pk B ελέγχουµε την τιµή του ph 1η περίπτωση ph pk A pk B Τότε α 0 (διπρωτικού) = α 0 (µονοπρωτικού) α 1 (διπρωτικού) = α 1 (µονοπρωτικού) α (διπρωτικού) = 0 η περίπτωση ph pk A pk B Τότε α 0 (διπρωτικού) = 0 α 1 (διπρωτικού) = α 0 (µονοπρωτικού) α (διπρωτικού) = α 1 (µονοπρωτικού) Αφού ελέγξουµε σε ποια περίπτωση είµαστε παίρνουµε τη σταθερά pk που είναι πιο κοντά στην τιµή ph που έχουµε και βρίσκουµε από τον πίνακα τις τιµές κλασµάτων ιονισµού που ισχύουν στις συνθήκες µας. 1

2 Υπολογισµοί Χηµικής Ισορροπίας 1. Αναλυτική Λύση Οι αντιδράσεις Οξέων /Βάσεων είναι γρήγορες (msec) θεωρούµε ότι υπάρχει ισορροπία Παρουσίαση της διαδικασίας µέσα από ένα παράδειγµα: HCl H O H O Cl HO HO OH Βήµα 1:Καταγραφή της φύσης όλων των χηµικών ειδών στο διάλυµα HCl, Cl -, H O, H O, OH - Βήµα : Γραφή των σχέσεων ισορροπίας a) Ιονισµός του νερού b) Διάσταση του K w = [ H [ OH = 10 1 HCl H Cl K a = [H [Cl [HCl Βήµα : Γραφή των εξισώσεων ισοστάθµισης της µάζας C T, Cl = [ HCl [ Cl

3 Βήµα : Γραφή της εξίσωσης Ηλεκτρικής Ουδετερότητας (Ισοστάθµιση Φορτίων) Άθροισµα θετικών φορτίων = Άθροισµα αρνητικών φορτίων [ H = [ OH [ Cl Έχουµε εξισώσεις µε αγνώστους Ταυτόχρονη λύση Επιπλέον παράδειγµα στην Αρχή της Ηλεκτρικής Ουδετερότητας Υδατικό διάλυµα H PO Χηµικά είδη :[ H [ OH [ H PO [ HPO [ PO [ H = [ OH [ H PO [ HPO [ PO σε eq/l

4 ΠΙΝΑΚΑΣ.7 Διάγραµµα ροής προσεγγίσεων για ασθενή οξέα Σύγκριση του CT με το 10-7 C T <<10-7 C T >>10-7 ph 7 Σύγκριση του Kα με το 10-7 Κ α <<10-7 Κ α >>10-7 Σύγκριση του CT με το Κα Υποθέτω ΗΑ>>Α - C T <<K α Υποθέτω ΗΑ<<A - Υποθέτω H >>OH - και /ή ΗΑ>>Α

5 Προβλήµατα για την τάξη Σχεδιάστε τα διαγράµµατα pc-ph για τις ακόλουθες περιπτώσεις και υπολογίστε τα ph των διαλυµάτων. 1. Μονοπρωτικό Οξύ (Ασθενές Οξύ) HA = H = A, pκ α =7 C T = [ HA [ A = 10 M Υπολογίστε το ph του ΗΑ 10 - Μ στο νερό. Μονοπρωτικό Ισχυρό Οξύ HA = H = A, pκ α = - (ΗCl) C T = [ A = 10 M Υπολογίστε το ph του ΗΑ 10 - Μ. Τριπρωτικό Οξύ H PO = H PO H H, pκα 1 =,1 PO = HPO H, pκα =7, 5

6 HPO = PO H, pκα =1, C T = [ H PO [ H PO [ HPO [ PO = 10 M Υπολογίστε το ph διαλύµατος CaHPO µε συγκέντρωση 10 - Μ. 6

7 Χηµικές Αντιδράσεις: H CO = HCO H, Κα 1 HCO = CO H, Κα H O = H OH, Κw Χηµική Ισορροπία: 6, [ H CO = 10 [ HCO [ H (1) 10, [ HCO = 10 [ CO [ H () 1 10 [ H = [ OH () Ισορροπία Μάζας: C [ [ T = H CO HCO [ CO () 7

8 Το ph = log[ H, µε αποτέλεσµα το log[ H = ph. Δηλαδή ευθεία γραµµή µε αρχή το σηµείο (0,0) και κλίση 1. Το log[ OH = 1 ph. Δηλαδή η γραµµή του υδροξυλίου είναι ευθεία µε αρχή το σηµείο (1,0) και κλίση 1. 8

9 1 η Περίπτωση: Όταν το ph < 6, Αφού το [H >>10-6, από τον νόµο δράσης των µαζών έχουµε ότι το [ H CO >> [ HCO και το [ HCO >> [ CO. Άρα CT = [ H CO log[ H CO = logct ευθεία γραµµή µε κλίση 0 Το Και το log[ HCO = log[ H CO 6, log[ H = logc 6, ph T log[ CO = log[ HCO 10, log[ H = logc 16,6 ph T ευθεία γραµµή µε κλίση 1 ευθεία γραµµή µε κλίση η Περίπτωση: Όταν το ph = 6, Τότε η συγκέντρωση του [H =10-6,. Από την εξίσωση (1) βρίσκουµε ότι το [ H CO = [ HCO,0 και από την εξίσωση (), το [ CO = 10 [ HCO << [ HCO Άρα παραλείπεται το [ CO C C = H CO [ HCO [ H CO = [ HCO = [ T Εποµένως, Έτσι το log[ H CO = log[ HCO = logc T log = logc T 0, (0, µονάδες κάτω από το log C T ) και το log[ CO = logc T 0, (, µονάδες κάτω από το log C T ). T. 9

10 η Περίπτωση: Όταν το 6,<pH<10, Κλίση log[ HCO = logc T log[ H CO = 6, log C T ph -1 log[ CO = 10, logc T ph 1 0 η Περίπτωση: Όταν το ph=10, [ HCO = [ CO = C T log[ HCO = log[ CO = logc T 0, log[ H CO logc 0, = T 5 η Περίπτωση: Όταν το ph>10, Κλίση log[ CO = logc T 0 log[ HCO = C 10, log T ph -1 log[ H CO = 6, 10, logct ph - 10

11 Για να σχεδιάσουµε το pc-ph διάγραµµα, ακολουθούµε τα παρακάτω βήµατα. 1. Σχεδιάζουµε τις γραµµές των H και OH -. Αυτές οι γραµµές παραµένουν οι ίδιες για όλα τα προβλήµατα.. Σχεδιάζουµε την οριζόντια γραµµή pc T (ολική ποσότητα ανθρακικών) που αντιπροσωπεύει την εξίσωση ισορροπίας της µάζας.. Φέρνουµε κάθετες διακεκοµµένες γραµµές στα σηµεία που το ph ισούται µε το pk a1 και το pk a. Τα σηµεία που το pc T τέµνεται µε το pk a1 και το pk a ονοµάζονται σηµεία συστήµατος (system points).. Οριοθετούµε τα σηµεία που βρίσκονται µία µονάδα ph αριστερά και δεξιά από το κάθε σηµείο του συστήµατος. 5. Σχεδίαση των γραµµών µε κλίσεις 1 και 1 που περνούν από το κάθε σηµείο συστήµατος. Αυτές οι γραµµές θα πρέπει να εκτείνονται µέχρι το επόµενο σηµείο του συστήµατος και σ αυτό η κλίση θα πρέπει να αλλάζει σε ή αντίστοιχα. 6. Οριοθέτηση του σηµείου 0, µονάδες κάτω του σηµείου συστήµατος και σύνδεση των οριζόντιων γραµµών µε τις κεκλιµένες. Η καµπύλη θα πρέπει να συνδέει το σηµείο της οριζόντιας γραµµής που βρίσκεται /- µονάδα ph από το σηµείο του συστήµατος, το σηµείο που είναι 0, µονάδες κάτω του σηµείου συστήµατος, και το σηµείο της κεκλιµένης γραµµής που βρίσκεται /- µονάδα ph από το σηµείο του συστήµατος. 11

12 Το διάγραµµα.5 παρουσιάζει τα προφίλ των συγκεντρώσεων των ειδών των ανθρακικών για όλα τα ph. Για να λύσουµε το πρόβληµα θα χρησιµοποιήσουµε την Συνθήκη Πρωτονίων Ορίζουµε ως επίπεδο αναφοράς πρωτονίων (Proton reference level) τα είδη που έχουµε στη αρχική φάση του διαλύµατος: Ca, CO -, και H O. Μετά βρίσκουµε τα είδη που έχουν κερδίσει πρωτόνια (Η, ΗCΟ -, H CO ) και αυτά που έχουν χάσει (OH - ). 1