Χημεία (Τμήμα Φυσικής) ΙΟΝΤΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΣΕ ΔΙΑΛΥΜΑΤΑ ΑΣΘΕΝΩΝ ΟΞΕΩΝ KAI ΒΑΣΕΩΝ

Transcript

1 Χημεία (Τμήμα Φυσικής) ΙΟΝΤΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΣΕ ΔΙΑΛΥΜΑΤΑ ΑΣΘΕΝΩΝ ΟΞΕΩΝ KAI ΒΑΣΕΩΝ 10/11/2015

2 2 διαλύματα ασθενών οξέων σταθερά ιοντισμού ασθενούς οξέος K a το ph διαλυμάτων ασθενών οξέων βαθμός ιοντισμού ασθενών οξέων διαλύματα πολυπρωτικών οξέων

3 3 σταθερά ιοντισμού οξέων K a I. διαλύματα ασθενών οξέων Α. σταθερά ιοντισμού ασθενούς οξέος K a 1. για τα ασθενή οξέα στα υδατικά τους διαλύματα ισχύει ότι μόνο ένα μικρό μέρος των μορίων HΑ μεταφέρει το Η + του σε μόρια Η 2 Ο ιοντίζονται μερικώς π.χ. CH 3 COOH 2. η ισχύς ενός ασθενούς οξέος μετράται με το μέγεθος της σταθεράς ισορροπίας της αντίδρασής τους με το Η 2 Ο α. η αντίδραση ενός ασθενούς οξέος ΗΑ με το Η 2 Ο είναι HΑ(aq) + H 2 O(l) Α (aq) + H 3 O + (aq) η σταθερά ισορροπίας είναι [Α ][H3O ] Ka [HA] και ονομάζεται σταθερά ιοντισμού οξέος β. όσο πιο μεγάλη η τιμή του K a ενός οξέος τόσο πιο ισχυρό είναι το οξύ CH 3 COOH

4 4 σταθερές ιοντισμού Κ a ασθενών οξέων στους 25 ο C

5 5 Από τα παρακάτω ζεύγη ενώσεων, να προσδιοριστεί ποιο είναι το ισχυρότερο οξύ ή η ισχυρότερη βάση, χρησιμοποιώντας τις τιμές των αντίστοιχων σταθερών ιοντισμού οξέων Κ a. ισχυρότερο οξύ: HF και ΗClO ισχυρότερη βάση: F και ClO ισχυρότερο οξύ: CH 3 COOH και ΗCN ισχυρότερη βάση: CH 3 COO και CN από τον πίνακα με τις τιμές K a ασθενών οξέων φαίνεται ότι K a (HF) = > K a (HClO) = επομένως, το HF είναι ισχυρότερο οξύ από το HClO τα F και ClO είναι οι συζυγείς βάσεις των ΗF και ΗClO εφόσον το HF είναι ισχυρότερο οξύ από το HClO, τότε το ClO είναι ισχυρότερη βάση από το F από τον πίνακα με τις τιμές K a ασθενών οξέων φαίνεται ότι K a (CH 3 COOH) = > K a (HCN) = επομένως, το CH 3 COOH είναι ισχυρότερο οξύ από το HCN τα CH 3 COO και CN είναι οι συζυγείς βάσεις των CH 3 COOH και ΗCN εφόσον το CH 3 COOH είναι ισχυρότερο οξύ από το HCN, τότε το CN είναι ισχυρότερη βάση από το CH 3 COO

6 6 το ph διαλυμάτων ασθενών οξέων B. το ph διαλυμάτων ασθενών οξέων 1. για συνήθη διαλύματα ασθενών οξέων, θεωρούμε ότι η [Η 3 Ο + ] προέρχεται μόνο από τον ιοντισμό του οξέος η [Η 3 Ο + ] που προκύπτει από τον αυτοϊοντισμό του Η 2 Ο είναι αμελητέα λαμβάνεται υπόψη στους υπολογισμούς μόνο για πάρα πολύ αραιά διαλύματα ισχυρών οξέων (< M) 2. όμως, επειδή τα ασθενή οξέα ιοντίζονται μερικώς, ο υπολογισμός της [H 3 O + ] του διαλύματος απαιτεί την επίλυση ενός προβλήματος χημικής ισορροπίας της αντίδρασης του οξέος με το Η 2 Ο, που λαμβάνει υπόψη την K a του οξέος για την αντίδραση HΑ(aq) + H 2 O(l) Α (aq) + H 3 O + (aq)

7 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος HNO M στους 25 ο C γράφουμε την αντίδραση ιοντισμού του οξέος 2. κατασκευάζουμε ένα πίνακα συγκεντρώσεων για την αντίδραση ιοντισμού το HNO 2 είναι ασθενές οξύ και ιοντίζεται μερικώς ΗΝΟ 2 + Η 2 Ο ΝΟ 2 + Η 3 Ο + αρχικά εισάγουμε τις αρχικές συγκεντρώσεις θεωρούμε ότι η [H 3 O + ] που προέρχεται από το Η 2 Ο είναι 0

8 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος HNO M στους 25 ο C αναπαριστούμε τις μεταβολές των συγκεντρώσεων με x (άγνωστο) 5. προσθέτουμε τις μεταβολές των συγκεντρώσεων στις αρχικές τιμές και υπολογίζουμε τις αντίστοιχες τιμές ισορροπίας ΗΝΟ 2 + Η 2 Ο ΝΟ 2 + Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία 0.200x x x 6. αντικαθιστούμε τις συγκεντρώσεις στην έκφραση της σταθεράς + [NO 2][H3O ] a 2 ισορροπίας Κ a K xx HNO x για να υπολογίσουμε το ph του διαλύματος πρέπει να βρούμε την τιμή της [Η Ο ] δηλαδή του x 3

9 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος HNO M στους 25 ο C. 7. εντοπίζουμε σε πίνακες την τιμή του K a του ΗΝΟ 2 8. ελέγχουμε αν μπορούμε να απλοποιήσουμε τον παρονομαστή της έκφρασης σταθεράς ισορροπίας - θεωρούμε την προσέγγιση ότι η τιμή του x είναι πολύ μικρή δηλαδή ότι [HΝΟ 2 ] αρχική [HΝΟ 2 ] ισορροπία - αν [HΝΟ 2 ] αρχική / K a > 100 τότε η προσέγγιση μπορεί να γίνει (θα έχουμε σφάλμα <5%) K a για το HNO 2 = ΗΝΟ 2 + Η 2 Ο ΝΟ 2 + Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία 0.200x x x K a + 2 [NO 2][H3O ] xx x HNO x a ελέγχουμε 2 [HNO 2] αρχική Κ επομένως, η προσέγγιση είναι έγκυρη

10 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος HNO M στους 25 ο C. K a για το HNO 2 = ΗΝΟ 2 + Η 2 Ο ΝΟ 2 + Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x 9. εφαρμόζοντας την παραπάνω προσέγγιση, επιλύουμε την εξίσωση ως προς x ισορροπία 0.200x x x προσέγγιση ισορροπία x x K a + 2 [NO 2][H3O ] xx x HNO x x x ( )(0.200) x

11 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος HNO M στους 25 ο C. 11 K a για το HNO 2 = ΗΝΟ 2 + Η 2 Ο ΝΟ 2 + Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x 10. αντικαθιστούμε την τιμή του x στις συγκεντρώσεις ισορροπίας και τις υπολογίζουμε ισορροπία x x αντικατάσταση ισορροπία [NO 2] [H3O ] x M HNO Μ

12 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος HNO M στους 25 ο C. 12 K a για το HNO 2 = αντικαθιστούμε την τιμή της [H 3 O + ] στην έκφραση του ph και υπολογίζουμε το ph 3 [H O ] M 3 ΗΝΟ 2 + Η 2 Ο ΝΟ 2 + Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία ph log[h3o ] log(9.610 ) 2.02

13 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος HNO M στους 25 ο C. 13 K a για το HNO 2 = ΗΝΟ 2 + Η 2 Ο ΝΟ 2 + Η 3 Ο ελέγχουμε την εγκυρότητα των αποτελεσμάτων, αντικαθιστώντας τις συγκεντρώσεις ισορροπίας στην έκφραση της σταθεράς ισορροπίας K a, υπολογίζουμε την τιμή της και την συγκρίνουμε με την τιμή Κ a από τους πίνακες αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία K a 3 3 [NO 2 ][[H3O ] ( )( ) [HNO ] επομένως, K a (calc.) K a 2 4

14 Το νικοτινικό οξύ (ΗC 6 Η 4 ΝΟ 2 ή Hnic) είναι ένα ασθενές οξύ με Κ a = Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος νικοτινικού οξέος 0.10 Μ στους 25 o C. 14 νικοτινικό οξύ (Ηnic)

15 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος HClO M στους 25 ο C γράφουμε την αντίδραση ιοντισμού του οξέος 2. κατασκευάζουμε ένα πίνακα συγκεντρώσεων για την αντίδραση ιοντισμού το HClO 2 είναι ασθενές οξύ και ιοντίζεται μερικώς ΗClΟ 2 + Η 2 Ο ClΟ 2 + Η 3 Ο + αρχικά εισάγουμε τις αρχικές συγκεντρώσεις θεωρούμε ότι η [H 3 O + ] που προέρχεται από Η 2 Ο είναι 0

16 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος HClO M στους 25 ο C αναπαριστούμε τις μεταβολές των συγκεντρώσεων με x (άγνωστο) 5. προσθέτουμε τις μεταβολές των συγκεντρώσεων στις αρχικές τιμές και υπολογίζουμε τις αντίστοιχες τιμές ισορροπίας ΗClΟ 2 + Η 2 Ο ClΟ 2 + Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία 0.100x x x 6. αντικαθιστούμε τις συγκεντρώσεις στην έκφραση της σταθεράς + [ClO 2][H3O ] a 2 ισορροπίας Κ a K xx HClO x για να υπολογίσουμε το ph του διαλύματος πρέπει να βρούμε την τιμή της [Η Ο ] δηλαδή του x 3

17 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος HClO M στους 25 ο C εντοπίζουμε σε πίνακες την τιμή του K a του ΗΝΟ 2 8. ελέγχουμε αν μπορούμε να απλοποιήσουμε τον παρονομαστή της έκφρασης σταθεράς ισορροπίας - θεωρούμε την προσέγγιση ότι η τιμή του x είναι πολύ μικρή δηλαδή ότι [HClΟ 2 ] αρχική [HClΟ 2 ] ισορροπία - αν [HClΟ 2 ] αρχική / K a > 100 τότε η προσέγγιση μπορεί να γίνει (θα έχουμε σφάλμα <5%) K a για το HClO 2 = ΗClΟ 2 + Η 2 Ο ClΟ 2 + Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία 0.100x x x K a + 2 [ClO 2][H3O ] xx x HClO x a ελέγχουμε 2 [HClO 2] αρχική Κ επομένως, η προσέγγιση δεν είναι έγκυρη

18 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος HClO M στους 25 ο C. 18 K a για το HClO 2 = ΗClΟ 2 + Η 2 Ο ClΟ 2 + Η 3 Ο + αρχικά εφόσον η προσέγγιση δεν είναι έγκυρη, επιλύουμε την εξίσωση ως προς x (δευτεροβάθμια εξίσωση) μεταβολή x +x +x ισορροπία 0.100x x x K a [ClO 2][H3O ] xx [HClO ] x x x 0.011x x (0.011) 4(1)( ) x 2(1) x ή επειδή x [H O ] τότε x M

19 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος HClO M στους 25 ο C. 19 K a για το HClO 2 = ΗClΟ 2 + Η 2 Ο ClΟ 2 + Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x 10. αντικαθιστούμε την τιμή του x στις συγκεντρώσεις ισορροπίας και τις υπολογίζουμε ισορροπία 0.100x x x αντικατάσταση ισορροπία [ClO 2] [H3O ] x M 2 HClO x (0.028) M

20 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος HClO M στους 25 ο C. 20 K a για το HClO 2 = ΗClΟ 2 + Η 2 Ο ClΟ 2 + Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x 11. αντικαθιστούμε την τιμή της [H 3 O + ] στην έκφραση του ph και υπολογίζουμε το ph ισορροπία [H O ] M 3 ph log[h O ] log(0.028)

21 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος HClO M στους 25 ο C. K a για το HClO 2 = ΗClΟ 2 + Η 2 Ο ClΟ 2 + Η 3 Ο ελέγχουμε την εγκυρότητα των αποτελεσμάτων, αντικαθιστώντας τις συγκεντρώσεις ισορροπίας στην έκφραση της σταθεράς ισορροπίας K a, υπολογίζουμε την τιμή της και την συγκρίνουμε με την τιμή Κ a από τους πίνακες αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία K a [ClO 2][H3O ] (0.028)(0.028) [HClO ] επομένως, K a (calc) K a 2 2

22 22 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος που λαμβάνεται διαλύοντας ένα δισκίο 5.00 g ασπιρίνης σε L στους 25 o C. Το δισκίο περιέχει g ακετυλοσαλικυλικό οξύ (ΗC 9 Η 7 Ο 9 ή Hacs), ένα ασθενές οξύ με Κ a = ακετυλοσαλικυλικό οξύ (Ηacs)

23 πειραματικός προσδιορισμός της K a ασθενούς οξέος ένας πειραματικός τρόπος προσδιορισμού της τιμής της K a ενός ασθενούς οξέος ΗΑ είναι να μετρήσουμε το ph ενός υδατικού διαλύματος του οξέος για το οποίο γνωρίζουμε ακριβώς τη συγκέντρωσή του [ΗΑ] αρχική α. από το ph του διαλύματος βρίσκουμε την [Η 3 Ο + ] ισορροπία και τις συγκεντρώσεις των άλλων ιόντων β. γνωρίζοντας όλες τις συγκεντρώσεις αντικαθιστούμε στην έκφραση της K a και την υπολογίζουμε

24 Να υπολογιστεί η τιμή της K a ενός ασθενούς οξέος ΗΑ, αν ένα διάλυμα του οξέος M έχει ph = χρησιμοποιούμε το ph για να βρούμε την [H 3 O + ] ισορροπία 2. γράφουμε την αντίδραση του οξέος με το Η 2 Ο 3. κατασκευάζουμε ένα πίνακα συγκεντρώσεων για την αντίδραση 4. εισάγουμε τις αρχικές συγκεντρώσεις και την [H 3 O + ] ισορροπία ph log[h O ] [H O ] M + + ph ΗΑ + Η 2 Ο Α + Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή ισορροπία

25 Να υπολογιστεί η τιμή της K a ενός ασθενούς οξέος ΗΑ, αν ένα διάλυμα του οξέος M έχει ph = ΗΑ + Η 2 Ο Α + Η 3 Ο + αρχικά χρησιμοποιώντας σαν οδηγό την [H 3 O + ] ισορροπία συμπληρώνουμε τον υπόλοιπο πίνακα 6. αν η διαφορά [HA] ισορροπία [HA] αρχική δεν είναι σημαντική, θεωρούμε ότι [HA] ισορροπία = [HA] αρχική 7. αντικαθιστούμε στην έκφραση της K a και υπολογίζουμε την τιμή της K a μεταβολή ισορροπία προσέγγιση ισορροπία εφόσον [HA] ισορροπία Μ τότε [A ][H3O ] (5.610 )(5.610 ) Ka [HA]

26 26 Να υπολογιστεί η τιμή της K a ενός ασθενούς οξέος ΗΑ, αν ένα διάλυμα του οξέος M έχει ph = 3.39 στους 25 ο C.

27 27 βαθμός ιοντισμού Γ. βαθμός ιοντισμού ασθενών οξέων 1. μπορούμε να ποσοτικοποιήσουμε τον ιοντισμό ενός ασθενούς οξέος ΗΑ σε ένα διάλυμά του χρησιμοποιώντας το ποσοστό των μορίων του που ιοντίζονται 2. για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούμε τον % βαθμό ιοντισμού του οξέος που εκφράζεται ως [Molarity οξέος που έχει ιοντιστεί] ισορροπία %βαθμός ιοντισμού 100% [ΗΑ] αρχική = η molarity του διαλύματος [Α ] ισορροπία = [Η 3 Ο + ] [αρχική Molarity οξέος] 3. όσο πιο μεγάλος είναι ο βαθμός ιοντισμού ενός ασθενούς οξέος, τόσο πιο ισχυρό είναι το οξύ [Α ] [HΑ] για τα περισσότερα διαλύματα ασθενών οξέων, ο βαθμός ιοντισμού είναι < 4% αρχική

28 Να υπολογιστεί ο βαθμός ιοντισμού του HNO 2 σε ένα διάλυμα HNO M γράφουμε την αντίδραση ιοντισμού του οξέος 2. κατασκευάζουμε ένα πίνακα συγκεντρώσεων για την αντίδραση ιοντισμού το HNO 2 είναι ασθενές οξύ και ιοντίζεται μερικώς ΗΝΟ 2 + Η 2 Ο ΝΟ 2 + Η 3 Ο + αρχικά εισάγουμε τις αρχικές συγκεντρώσεις θεωρούμε ότι η [H 3 O + ] που προέρχεται από Η 2 Ο είναι 0

29 Να υπολογιστεί ο βαθμός ιοντισμού του HNO 2 σε ένα διάλυμα HNO M αναπαριστούμε τις μεταβολές των συγκεντρώσεων με x (άγνωστο) 5. προσθέτουμε τις μεταβολές των συγκεντρώσεων στις αρχικές τιμές και υπολογίζουμε τις αντίστοιχες τιμές ισορροπίας ΗΝΟ 2 + Η 2 Ο ΝΟ 2 + Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία 2.5x x x 6. αντικαθιστούμε τις συγκεντρώσεις στην έκφραση της σταθεράς + [NO 2][H3O ] a 2 ισορροπίας Κ a K xx HNO 2.5 x για να υπολογίσουμε το βαθμό ιοντισμού του οξέος πρέπει να βρούμε την τιμή της [ΝΟ ] δηλαδή του x 2

30 Να υπολογιστεί ο βαθμός ιοντισμού του HNO 2 σε ένα διάλυμα HNO M εντοπίζουμε σε πίνακες την τιμή του K a του ΗΝΟ 2 8. ελέγχουμε αν μπορούμε να απλοποιήσουμε τον παρονομαστή της έκφρασης σταθεράς ισορροπίας - θεωρούμε την προσέγγιση ότι η τιμή του x είναι πολύ μικρή δηλαδή ότι [HΝΟ 2 ] αρχική [HΝΟ 2 ] ισορροπία - αν [HΝΟ 2 ] αρχική / K a > 100 τότε η προσέγγιση μπορεί να γίνει (θα έχουμε σφάλμα <5%) K a για το HNO 2 = ΗΝΟ 2 + Η 2 Ο ΝΟ 2 + Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία 2.5x x x K a + 2 [NO 2][H3O ] xx x HNO 2.5 x 2.5 a ελέγχουμε 2 [HNO 2] αρχική Κ επομένως, η προσέγγιση είναι έγκυρη

31 Να υπολογιστεί ο βαθμός ιοντισμού του HNO 2 σε ένα διάλυμα HNO M. 31 K a για το HNO 2 = ΗΝΟ 2 + Η 2 Ο ΝΟ 2 + Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x 9. εφαρμόζοντας την παραπάνω προσέγγιση, επιλύουμε την εξίσωση ως προς x ισορροπία 2.5x x x προσέγγιση ισορροπία 2.5 x x K a + 2 [NO 2][H3O ] xx x HNO 2.5 x x 2.5 x ( )(2.5) x

32 Να υπολογιστεί ο βαθμός ιοντισμού του HNO 2 σε ένα διάλυμα HNO M. 32 K a για το HNO 2 = ΗΝΟ 2 + Η 2 Ο ΝΟ 2 + Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x 10. αντικαθιστούμε την τιμή του x στις συγκεντρώσεις ισορροπίας και τις υπολογίζουμε ισορροπία 2.5x x x αντικατάσταση ισορροπία [NO 2] [H3O ] x M HNO M

33 Να υπολογιστεί ο βαθμός ιοντισμού του HNO 2 σε ένα διάλυμα HNO M. 33 K a για το HNO 2 = ΗΝΟ 2 + Η 2 Ο ΝΟ 2 + Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία υπολογίζουμε το βαθμό ιοντισμού του ΗΝΟ 2 [NO ] ισορροπία βαθμός ιοντισμού 100% 100% 1.4% [HNO ] αρχική εφόσον ο βαθμός ιοντισμού είναι < 5%, η παραπάνω προσέγγιση ότι «το x είναι πολύ μικρό» είναι έγκυρη

34 34 Δίνεται ένα διάλυμα νικοτινικού οξέος Μ στους 25 o C. Αν το νικοτινικό οξύ (ΗC 6 Η 4 ΝΟ 2 ή Hnic) είναι ένα ασθενές οξύ με Κ a = , να υπολογιστεί ο βαθμός ιοντισμού του νικοτινικού οξέος. νικοτινικό οξύ (Ηnic)

35 35 εξάρτηση του βαθμού ιοντισμού ασθενούς οξέος από την K a και την [HA] αρχική 4. ο βαθμός ιοντισμού ενός ασθενούς οξέος ΗΑ εξαρτάται: α. από την K a του ΗΑ όσο μεγαλύτερη είναι η K a, τόσο μεγαλύτερος είναι ο βαθμός ιοντισμού και [Η 3 Ο + ] β. από τη [ΗΑ] αρχική όσο μικρότερη είναι η [ΗΑ] αρχική (αραιό διάλυμα), τόσο μεγαλύτερες είναι ο βαθμός ιοντισμού και [Η 3 Ο + ] π.χ. [ΗΝΟ 2 ] [Η 3 Ο + ] %βαθμός ιοντισμού σύμφωνα με την εξίσωση του ιοντισμού του οξέος ΗΝΟ 2 HΝΟ 2 (aq) ΝΟ 2 (aq) + H + (aq) στο δεξί μέρος της εξίσωσης υπάρχουν περισσότερα σωματίδια αν αραιώσουμε ένα διάλυμα ΗΝΟ 2 που είναι σε ισορροπία, ο αριθμός των σωματιδίων ΝΟ 2 και H + είναι μικρός για το νέο όγκο διαλύματος επομένως, σύμφωνα με την αρχή του αρχή του Le Châtelier, η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς τα δεξιά για να αυξήσει τα σωματίδια των ΝΟ 2 και H +

36 36 πολυπρωτικά οξέα Δ. το ph διαλύματος πολυπρωτικού οξέος 1. κάποια οξέα περιέχουν περισσότερα από ένα όξινα Η που μπορούν να ιοντιστούν και να δώσουν περισσότερα από ένα Η + τα οξέα αυτά ονομάζονται πολυπρωτικά Η n Α 2. ανάλογα με τον αριθμό των όξινων Η που έχει ένα οξύ, αυτό χαρακτηρίζεται ως: α. ένα μονοπρωτικό οξύ έχει 1 όξινο Η π.χ. HCl β. ένα διπρωτικό οξύ έχει 2 όξινα Η π.χ. H 2 SO 4 γ. ένα τριπρωτικό οξύ έχει 3 όξινα Η π.χ. H 3 PO 4 H 2 SO 4 H 3 PO 4

37 37 πολυπρωτικά οξέα 3. οι ιοντισμοί των όξινων Η των πολυπρωτικών οξέων γίνονται διαδοχικά 4. όμως, κάθε ιοντισμός Η συμβαίνει σε διαφορετική έκταση κάθε χημικό είδος που προκύπτει από ένα ιοντισμό έχει διαφορετική σταθερά ιοντισμού K a π.χ. H 2 SO 3 (aq) H + (aq) + HSO 3 (aq) K a1 = HSO 3 (aq) H + (aq) + SO 3 2 (aq) K a2 = για όλα τα πολυπρωτικά οξέα ισχύει ότι K a1 > K a2 > K a3 α. το 1 ο Η + αποχωρεί από ένα ουδέτερο μόριο, ενώ το 2 ο Η + από ένα ανιόν β. το αρνητικά φορτισμένο ανιόν συγκρατεί πιο ισχυρά το Η, κάνοντας την αποχώρηση του Η + πιο δύσκολη και τη Ka της αντίδρασης ιοντισμού μικρότερη H 2 SO 3

38 38 σταθερές ιοντισμού Κ a πολυπρωτικών οξέων

39 39 υπολογισμός του ph διαλυμάτων πολυπρωτικών οξέων 6. για τα διαλύματα των περισσότερων πολυπρωτικών οξέων Η n Α ισχύει ότι: α. μόνο ο 1 ος ιοντισμός είναι σημαντικός για τον υπολογισμό του ph H 2 Α(aq) H + (aq) + HΑ (aq) K a1 HΑ (aq) H + (aq) + Α 2 (aq) K a2 επειδή K a1 >> Κ a2, ο 2 ος ιοντισμός δεν λαμβάνεται υπόψη β. ο 2 ος ιοντισμός χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της [A 2- ] ισχύει ότι [A 2- ] = K a2

40 40 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος ασκορβικού οξέος M στους 25 ο C. Το ασκορβικό οξύ (ή βιταμίνη C) είναι ένα διπρωτικό οξύ (H 2 C 6 O 6 H 6, Η 2 asc) με Κ a1 = και Κ a2 = για τον υπολογισμό του ph του διαλύματος H 2 asc θεωρούμε ότι μόνο ο 1 ος ιοντισμός είναι σημαντικός - διότι Κ a1 = >> Κ a2 = ασκορβικό οξύ (Η 2 asc) 1. γράφουμε την αντίδραση ιοντισμού του οξέος 2. κατασκευάζουμε ένα πίνακα συγκεντρώσεων για την αντίδραση ιοντισμού Η 2 asc + Η 2 Ο Ηasc + Η 3 Ο + αρχικά εισάγουμε τις αρχικές συγκεντρώσεις θεωρούμε ότι η [H 3 O + ] που προέρχεται από Η 2 Ο είναι 0

41 41 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος ασκορβικού οξέος M στους 25 ο C. Το ασκορβικό οξύ (ή βιταμίνη C) είναι ένα διπρωτικό οξύ H 2 C 6 O 6 H 6, Η 2 asc) με Κ a1 = και Κ a2 = αναπαριστούμε τις μεταβολές των συγκεντρώσεων με x (άγνωστο) 5. προσθέτουμε τις μεταβολές των συγκεντρώσεων στις αρχικές τιμές και υπολογίζουμε τις αντίστοιχες τιμές ισορροπίας Η 2 asc + Η 2 Ο Ηasc + Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία 0.100x x x 6. αντικαθιστούμε τις συγκεντρώσεις στην έκφραση της σταθεράς + [Hasc ][H3O ] a1 2 ισορροπίας Κ a K xx H asc x για να υπολογίσουμε το ph του διαλύματος πρέπει να βρούμε την τιμή της [Η3Ο ] δηλαδή του x

42 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος ασκορβικού οξέος M στους 25 ο C. Το ασκορβικό οξύ (ή βιταμίνη C) είναι ένα διπρωτικό οξύ H 2 C 6 O 6 H 6, Η 2 asc) με Κ a1 = και Κ a2 = εντοπίζουμε σε πίνακες την τιμή του K a του ΗΝΟ 2 8. ελέγχουμε αν μπορούμε να απλοποιήσουμε τον παρονομαστή της έκφρασης σταθεράς ισορροπίας - θεωρούμε την προσέγγιση ότι η τιμή του x είναι πολύ μικρή δηλαδή ότι [H 2 asc] αρχική [H 2 asc] ισορροπία - αν [H 2 asc] αρχική / K a > 100 τότε η προσέγγιση μπορεί να K a1 για το H 2 asc = a1 γίνει (θα έχουμε σφάλμα <5%) K + 2 [Hasc ][H3O ] xx x H asc x ελέγχουμε 2 [H2asc] αρχική Κ a1 Η 2 asc + Η 2 Ο Ηasc + Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία 0.100x x x επομένως, η προσέγγιση είναι έγκυρη

43 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος ασκορβικού οξέος M στους 25 ο C. Το ασκορβικό οξύ (ή βιταμίνη C) είναι ένα διπρωτικό οξύ H 2 C 6 O 6 H 6, Η 2 asc) με Κ a1 = και Κ a2 = K a1 για το H 2 asc = Η 2 asc + Η 2 Ο Ηasc + Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x 9. εφαρμόζοντας την παραπάνω προσέγγιση, επιλύουμε την εξίσωση ως προς x ισορροπία 0.100x x x προσέγγιση ισορροπία x x K a1 + 2 [Hasc ][H3O ] xx x H asc x x x ( )(0.100) x

44 44 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος ασκορβικού οξέος M στους 25 ο C. Το ασκορβικό οξύ (ή βιταμίνη C) είναι ένα διπρωτικό οξύ H 2 C 6 O 6 H 6, Η 2 asc) με Κ a1 = και Κ a2 = K a1 για το H 2 asc = Η 2 asc + Η 2 Ο Ηasc + Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x 10. αντικαθιστούμε την τιμή του x στις συγκεντρώσεις ισορροπίας και τις υπολογίζουμε ισορροπία 0.100x x x αντικατάσταση ισορροπία [Hasc ] [H3O ] x M H asc Μ

45 45 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος ασκορβικού οξέος M στους 25 ο C. Το ασκορβικό οξύ (ή βιταμίνη C) είναι ένα διπρωτικό οξύ H 2 C 6 O 6 H 6, Η 2 asc) με Κ a1 = και Κ a2 = K a1 για το H 2 asc = αντικαθιστούμε την τιμή της [H 3 O + ] στην έκφραση του ph και υπολογίζουμε το ph 3 [H O ] M 3 Η 2 asc + Η 2 Ο Ηasc + Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία ph log[h3o ] log(2.810 ) 2.55

46 46 Το ασκορβικό οξύ (ή βιταμίνη C) είναι ένα διπρωτικό οξύ (H 2 C 6 O 6 H 6, Η 2 asc) με Κ a1 = και Κ a2 = Να υπολογιστεί η asc 2 ενός υδατικού διαλύματος ασκορβικού οξέος H 2 asc M στους 25 ο C. 1. γράφουμε την αντίδραση του H 2 asc με το Η 2 Ο και συμπληρώνουμε τις συγκεντρώσεις ισορροπίας 2. κατασκευάζουμε ένα πίνακα συγκεντρώσεων για την αντίδραση του Hasc με το Η 2 Ο 3. εισάγουμε τις αρχικές συγκεντρώσεις των [Hasc ] και [H 3 O + ] εφόσον το ασκορβικό είναι διπρωτικό οξύ (Η 2 asc), για να βρούμε την [asc 2 ] χρησιμοποιούμε τον 2 ο ιοντισμό, λαμβάνοντας υπόψη τις [Hasc ] και [Η 3 Ο + ] από τον 1 ο ιοντισμό από το προηγούμενο πρόβλημα: Η 2 asc + Η 2 Ο Ηasc + Η 3 Ο + ισορροπία Ηasc + Η 2 Ο asc 2 + Η 3 Ο + αρχικά

47 47 Το ασκορβικό οξύ (ή βιταμίνη C) είναι ένα διπρωτικό οξύ (H 2 C 6 O 6 H 6, Η 2 asc) με Κ a1 = και Κ a2 = Να υπολογιστεί η asc 2 ενός υδατικού διαλύματος ασκορβικού οξέος H 2 asc M στους 25 ο C. 4. αναπαριστούμε τις μεταβολές των συγκεντρώσεων με x (άγνωστο) 5. προσθέτουμε τις μεταβολές των συγκεντρώσεων στις αρχικές τιμές και υπολογίζουμε τις αντίστοιχες τιμές ισορροπίας 6. αντικαθιστούμε τις συγκεντρώσεις στην έκφραση της σταθεράς ισορροπίας Κ a από τον ιοντισμό του Hasc προκύπτει επιπλέον ποσότητα Η 3 Ο + K Ηasc + Η 2 Ο asc 2 + Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία x x x [asc ][H O ] ( x)x [Ηasc ] x a 3 για να υπολογίσουμε την [asc 2 πρέπει να βρούμε την τιμή του x ] του διαλύματος

48 48 Το ασκορβικό οξύ (ή βιταμίνη C) είναι ένα διπρωτικό οξύ (H 2 C 6 O 6 H 6, Η 2 asc) με Κ a1 = και Κ a2 = Να υπολογιστεί η asc 2 ενός υδατικού διαλύματος ασκορβικού οξέος H 2 asc M στους 25 ο C. 7. εντοπίζουμε σε πίνακες την τιμή του K a2 του Η 2 asc 8. ελέγχουμε αν μπορούμε να απλοποιήσουμε την έκφραση της έκφρασης σταθεράς ισορροπίας - θεωρούμε την προσέγγιση ότι η τιμή του x είναι πολύ μικρή - αν [Hasc ] αρχική / K a2 > 100 τότε η προσέγγιση μπορεί να γίνει (θα έχουμε σφάλμα <5%) K a2 για το H 2 asc (Ηasc ) = Ηasc + Η 2 Ο asc 2 + Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία x x x K [asc ][H O ] ( x)x [Ηasc ] x a2 3 ελέγχουμε 3 [Ηasc ] αρχική Κ a επομένως, η προσέγγιση είναι έγκυρη

49 49 Το ασκορβικό οξύ (ή βιταμίνη C) είναι ένα διπρωτικό οξύ (H 2 C 6 O 6 H 6, Η 2 asc) με Κ a1 = και Κ a2 = Να υπολογιστεί η asc 2 ενός υδατικού διαλύματος ασκορβικού οξέος H 2 asc M στους 25 ο C. K a2 για το H 2 asc (Ηasc ) = Ηasc + Η 2 Ο asc 2 + Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x 9. εφαρμόζοντας την παραπάνω προσέγγιση, επιλύουμε την εξίσωση ως προς x ισορροπία x x x προσέγγιση ισορροπία x K [asc ][H O ] ( x)x ( )x x [Ηasc ] x a2 3 3 x

50 50 Το ασκορβικό οξύ (ή βιταμίνη C) είναι ένα διπρωτικό οξύ (H 2 C 6 O 6 H 6, Η 2 asc) με Κ a1 = και Κ a2 = Να υπολογιστεί η asc 2 ενός υδατικού διαλύματος ασκορβικού οξέος H 2 asc M στους 25 ο C. K a2 για το H 2 asc (Ηasc ) = Ηasc + Η 2 Ο asc 2 + Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία x x x αντικατάσταση 10. αντικαθιστούμε την τιμή του x στις συγκεντρώσεις ισορροπίας και τις υπολογίζουμε ισορροπία [asc ] x M

51 υπολογισμός του ph διαλυμάτων H 2 SO σε αντίθεση με όλα τα περισσότερα διαλύματα πολυπρωτικών οξέων, για τον υπολογισμό του ph των διαλυμάτων του H 2 SO 4 λαμβάνοντας υπόψη και οι 2 ιοντισμοί α. το H 2 SO 4 είναι ισχυρό οξύ και ο 1 ος ιοντισμός είναι πλήρης H 2 SO 4 (aq) H + (aq) + HSO 4 (aq) επομένως, [H 2 SO 4 ] = [H 3 O + ] β. το HSO 4 είναι ασθενές οξύ HSO 4 (aq) H + (aq) + SO 2 4 (aq) K a από τον 2 ο ιοντισμό προκύπτει επιπλέον ποσότητα [Η 3 Ο + ]

52 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος H 2 SO M στους 25 ο C. 52 το H 2 SO 4 είναι ισχυρό οξύ και ο 1 ος ιοντισμός είναι πλήρης Η 2 SO 4 + Η 2 Ο HSO 4 + Η 3 Ο + 1. γράφουμε την αντίδραση του H 2 SO 4 (ισχυρό οξύ) με το Η 2 Ο 2. κατασκευάζουμε ένα πίνακα συγκεντρώσεων για την αντίδραση του HSO 4 (ασθενές οξύ) με το Η 2 Ο 3. εισάγουμε τις αρχικές συγκεντρώσεις θεωρούμε ότι [HSO 4 ] και [H 3 O + ] είναι [H 2 SO 4 ] αρχικά τελικά το HSO 4 είναι ασθενές οξύ και ιοντίζεται μερικώς HSO 4 + Η 2 Ο SO 4 + Η 3 Ο + αρχικά

53 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος H 2 SO M στους 25 o C αναπαριστούμε τις μεταβολές των συγκεντρώσεων με x (άγνωστο) 5. προσθέτουμε τις μεταβολές των συγκεντρώσεων στις αρχικές τιμές και υπολογίζουμε τις αντίστοιχες τιμές ισορροπίας 6. αντικαθιστούμε τις συγκεντρώσεις στην έκφραση της σταθεράς ισορροπίας Κ a από τον ιοντισμό του HSO 4 προκύπτει επιπλέον ποσότητα Η 3 Ο + K a [SO ][H O ] x( x) [ΗSO ] x HSO 4 + Η 2 Ο SO Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία x x x για να υπολογίσουμε το ph του διαλύματος πρέπει να βρούμε την τιμή της [Η Ο ] δηλαδή του x 3

54 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος H 2 SO M στους 25 o C εντοπίζουμε σε πίνακες την τιμή του K a2 του Η 2 Α 8. ελέγχουμε αν μπορούμε να απλοποιήσουμε την έκφραση της έκφρασης σταθεράς ισορροπίας - θεωρούμε την προσέγγιση ότι η τιμή του x είναι πολύ μικρή - αν [HSO 4 ] αρχική / K a > 100 τότε η προσέγγιση μπορεί να γίνει (θα έχουμε σφάλμα <5%) K a για το ΗSO 4 = HSO 4 + Η 2 Ο SO Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία x x x K a [SO ][H O ] ( x)x [ΗSO ] x ελέγχουμε [ΗSO 4] αρχική Κ a επομένως, η προσέγγιση δεν είναι έγκυρη

55 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος H 2 SO M στους 25 o C. 55 K a για το ΗSO 4 = HSO 4 + Η 2 Ο SO Η 3 Ο + αρχικά εφόσον η προσέγγιση δεν είναι έγκυρη, επιλύουμε την εξίσωση ως προς x (δευτεροβάθμια εξίσωση) μεταβολή x +x +x ισορροπία x x x K a [SO ][H O ] ( x)x [ΗSO ] x ( x)x x x 0.022x (0.022) 4(1)( ) x 2(1) x ή επειδή x [H O ] τότε x

56 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος H 2 SO M στους 25 C. 56 K a για το ΗSO 4 = HSO 4 + Η 2 Ο SO Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x 10. αντικαθιστούμε την τιμή του x στις συγκεντρώσεις ισορροπίας και τις υπολογίζουμε ισορροπία x x x αντικατάσταση ισορροπία [SO ] x M [H3O ] x M [HSO ] x (0.0045) M 4 56

57 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος H 2 SO M στους 25 o C. K a για το ΗSO 4 = HSO 4 + Η 2 Ο SO Η 3 Ο + αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία αντικαθιστούμε την τιμή της [H 3 O + ] στην έκφραση του ph και [H υπολογίζουμε το ph 3O ] M ph log[h O ] log(0.0145)

58 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος H 2 SO M στους 25 o C. 58 K a για το ΗSO 4 = HSO 4 + Η 2 Ο SO Η 3 Ο ελέγχουμε την εγκυρότητα των αποτελεσμάτων, αντικαθιστώντας τις συγκεντρώσεις ισορροπίας στην έκφραση της σταθεράς ισορροπίας K a, υπολογίζουμε την τιμή της και την συγκρίνουμε με την τιμή Κ a από τους πίνακες αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία [SO ][H O ] (0.0045)(0.0145) Ka [ΗSO ] επομένως, K a (υπολογισμός) K a 2

59 59 διαλύματα ασθενών βάσεων σταθερά ιοντισμού ασθενούς βάσης Κ b το ph διαλυμάτων ασθενών βάσεων

60 60 σταθερά ιοντισμού ασθενούς βάσης K b ΙΙ. διαλύματα ασθενών βάσεων Α. σταθερά ιοντισμού ασθενούς βάσης K b 1. για τις ασθενείς βάσεις στα υδατικά τους διαλύματα ισχύει ότι μόνο ένα μικρό μέρος των μορίων :Β δέχεται Η + από μόρια Η 2 Ο ιοντίζονται μερικώς 2. η ισχύς μιας ασθενούς βάσης μετράται με το μέγεθος της σταθεράς ισορροπίας της αντίδρασής τους με το Η 2 Ο α. η αντίδραση μιας ασθενούς βάσης :Β με το Η 2 Ο είναι :Β(aq) + H 2 O(l) Η:Β + (aq) + OΗ (aq) η σταθερά ισορροπίας είναι [Η:Β ][OH ] Kb [:Β] και ονομάζεται σταθερά ιοντισμού βάσης β. όσο πιο μεγάλη η τιμή του K b μιας βάσης τόσο πιο ισχυρή είναι η βάση

61 61 σταθερές ιοντισμού Κ b ασθενών βάσεων στους 25 ο C

62 62 το ph διαλύματος ασθενούς βάσης Α. το ph διαλύματος ασθενούς βάσης 1. για συνήθη διαλύματα ασθενών βάσεων, θεωρούμε ότι η [ΟΗ ] προέρχεται μόνο από τον ιοντισμό της βάσης η [ΟΗ ] που προκύπτει από τον αυτοϊοντισμό του Η 2 Ο είναι αμελητέα λαμβάνεται υπόψη στους υπολογισμούς μόνο για πάρα πολύ αραιά διαλύματα ισχυρών οξέων (< M) 2. όμως, επειδή οι ασθενείς βάσεις ιοντίζονται μερικώς, ο υπολογισμός της [ΟΗ ] του διαλύματος απαιτεί την επίλυση ενός προβλήματος χημικής ισορροπίας της αντίδρασης της βάσης με το Η 2 Ο, που λαμβάνει υπόψη την K b της βάσης για την αντίδραση :Β(aq) + H 2 O(l) Η:Β + (aq) + OΗ (aq)

63 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος NH M στους 25 ο C γράφουμε την αντίδραση ιοντισμού της βάσης 2. κατασκευάζουμε ένα πίνακα συγκεντρώσεων για την αντίδραση ιοντισμού η ΝΗ 3 είναι ασθενής βάση και ιοντίζεται μερικώς ΝΗ 3 + Η 2 Ο ΝΗ ΟΗ αρχικά εισάγουμε τις αρχικές συγκεντρώσεις θεωρούμε ότι η [ΟΗ ] που προέρχεται από Η 2 Ο είναι 0

64 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος NH M στους 25 ο C αναπαριστούμε τις μεταβολές των συγκεντρώσεων με x (άγνωστο) 5. προσθέτουμε τις μεταβολές των συγκεντρώσεων στις αρχικές τιμές και υπολογίζουμε τις αντίστοιχες τιμές ισορροπίας ΝΗ 3 + Η 2 Ο ΝΗ ΟΗ αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία 0.100x x x 6. αντικαθιστούμε τις συγκεντρώσεις στην έκφραση της σταθεράς b 3 ισορροπίας Κ b K [NΗ 4][OΗ ] xx NΗ x για να υπολογίσουμε το ph του διαλύματος πρέπει να βρούμε την τιμή της [ΟΗ ] δηλαδή του x

65 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος NH M στους 25 ο C εντοπίζουμε σε πίνακες την τιμή του K b της ΝΗ 3 8. ελέγχουμε αν μπορούμε να απλοποιήσουμε τον παρονομαστή της έκφρασης σταθεράς ισορροπίας -θεωρούμε την προσέγγιση ότι η τιμή του x είναι πολύ μικρή δηλαδή ότι [ΝΗ 3 ] αρχική [ΝΗ 3 ] ισορροπία - αν [ΝΗ 3 ] αρχική / K b > 100 τότε η προσέγγιση μπορεί να γίνει (θα έχουμε σφάλμα <5%) K b για την NΗ 3 = ΝΗ 3 + Η 2 Ο ΝΗ ΟΗ αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία 0.100x x x K b 2 [NΗ 4 ][OΗ ] xx x NΗ x ελέγχουμε 3 [NH 3] αρχική Κ b επομένως, η προσέγγιση είναι έγκυρη

66 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος NH M στους 25 ο C. 66 K b για την NΗ 3 = ΝΗ 3 + Η 2 Ο ΝΗ ΟΗ αρχικά μεταβολή x +x +x 9. εφαρμόζοντας την παραπάνω προσέγγιση, επιλύουμε την εξίσωση ως προς x ισορροπία 0.100x x x προσέγγιση ισορροπία x x K b 2 [NΗ 4 ][OΗ ] xx x NΗ x x x ( )(0.100) x

67 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος NH M στους 25 ο C. 67 K b για την NΗ 3 = ΝΗ 3 + Η 2 Ο ΝΗ ΟΗ αρχικά μεταβολή x +x +x 10. αντικαθιστούμε την τιμή του x στις συγκεντρώσεις ισορροπίας και τις υπολογίζουμε ισορροπία 0.100x x x αντικατάσταση ισορροπία [NH 4] [OH ] x M NH Μ

68 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος NH M στους 25 ο C. 68 K b για την NΗ 3 = ΝΗ 3 + Η 2 Ο ΝΗ ΟΗ αρχικά αντικαθιστούμε την τιμή της [ΟΗ ] στην έκφραση του Κ w και υπολογίζουμε το [H 3 O + ] 12. αντικαθιστούμε την τιμή της [H 3 O + ] στην έκφραση του ph και το υπολογίζουμε μεταβολή x +x +x ισορροπία K w [H3O ][OH ] [H3O ] ph log[h3o ] log( ) M

69 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος NH M στους 25 ο C. 69 K b για την NΗ 3 = ΝΗ 3 + Η 2 Ο ΝΗ ΟΗ αρχικά αντικαθιστούμε την τιμή της [OH - ] στην έκφραση του pοh και υπολογίζουμε το poh 12. αντικαθιστούμε την τιμή του poh στην έκφραση με το ph και υπολογίζουμε το ph μεταβολή x +x +x ισορροπία poh log[oh ] log( ) ph poh ph

70 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος NH M στους 25 ο C. 70 K b για την NΗ 3 = ΝΗ 3 + Η 2 Ο ΝΗ ΟΗ 13. ελέγχουμε την εγκυρότητα των αποτελεσμάτων, αντικαθιστώντας τις συγκεντρώσεις ισορροπίας στην έκφραση της σταθεράς ισορροπίας K b, υπολογίζουμε την τιμή της και την συγκρίνουμε με την τιμή Κ b από τους πίνακες αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία [NΗ 4 ][OΗ ] ( )( ) K b NΗ επομένως, K b (υπολογισμός) K b 5

71 71 Η μορφίνη, ένα φυσικό αλκαλοειδές που χρησιμοποιείται για την ανακούφιση από τον πόνο, είναι μια ασθενής βάση (C 17 H 19 NO 3, mor) με K b = Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος μορφίνης M στους 25 ο C. μορφίνη (mor)

72 οξεοβασικές ιδιότητες διαλυμάτων αλάτων άλατα και υδρόλυση αλάτων ανιόντα ως ασθενείς βάσεις κατιόντα ως ασθενή οξέα το ph διαλυμάτων αλάτων

73 73 άλατα και υδρόλυση αλάτων ΙΙΙ. οξεοβασικές ιδιότητες διαλυμάτων αλάτων Α. άλατα και υδρόλυση αλάτων 1. τα άλατα είναι ιοντικές ενώσεις 2. μπορούν να θεωρηθούν ότι προκύπτουν από αντιδράσεις εξουδετέρωσης διαλυμάτων οξέων και βάσεων π.χ. το NaCl μπορεί να προκύψει από την αντίδραση εξουδετέρωσης HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H 2 O(l) 3. όταν αυτά διαλύονται στο Η 2 Ο, διίστανται πλήρως στα ιόντα τους τα άλατα είναι ισχυροί ηλεκτρολύτες 4. τα ιόντα στα οποία διίστανται μπορούν να αντιδρούν με το Η 2 Ο η αντίδραση ενός ανιόντος ή κατιόντος ενός άλατος με το Η 2 Ο ονομάζεται υδρόλυση

74 74 οξεοβασικός χαρακτήρας ανιόντων Β. οξεοβασικός χαρακτήρας ανιόντων 1. ως προς την υδρόλυσή τους, διακρίνουμε 3 κατηγορίες ανιόντων A α. ανιόντα A που είναι συζυγείς βάσεις ισχυρών οξέων ΗΑ που δεν υδρολύονται και δίνουν ουδέτερα διαλύματα (ουδέτερα ανιόντα) π.χ. το Cl είναι η συζυγής βάση του οξέος HCl το HCl είναι ισχυρό οξύ και η ισορροπία Cl (aq) + H 2 O(l) HCl(aq) + OH (aq) είναι μετατοπισμένη τελείως προς τα αριστερά - δηλαδή, το Cl είναι πολύ ασθενής βάση που δεν αποσπά Η + από το Η 2 Ο κι επομένως δεν υδρολύεται - το Cl δεν θα επηρεάζει το ph των διαλυμάτων του β. κάποια ανιόντα που περιέχουν Η δίνουν όξινα διαλύματα (όξινα ανιόντα) i. γενικά, είναι δύσκολο να αποχωριστεί ένα Η + από ένα ανιόν ii. υπάρχουν πολύ λίγα τέτοια ανιόντα: π.χ. H 2 PO 4 και HSO 4 HSO 4 (aq) + H 2 O(l) SO 2 4 (aq) + Η 3 Ο + (aq)

75 οξεοβασικός χαρακτήρας ανιόντων 75 β. ανιόντα A που είναι συζυγείς βάσεις ασθενών οξέων ΗΑ που υδρολύονται και δίνουν βασικά διαλύματα (βασικά ανιόντα) i. π.χ. το F είναι η συζυγής βάση του ασθενούς οξέος HF εφόσον το HF είναι ασθενές οξύ η ισορροπία F (aq) + H 2 O(l) HF(aq) + OH (aq) είναι μετατοπισμένη προς τα δεξιά - δηλαδή, το F είναι ασθενής βάση που αποσπά Η + από το Η 2 Ο κι επομένως υδρολύεται - εφόσον το F κατά η υδρόλυσή του παράγεται ΟΗ, αυτό θα δίνει βασικά διαλύματα

76 Να προσδιοριστεί αν τα παρακάτω ανιόντα δίνουν βασικά ή ουδέτερα υδατικά διαλύματα. 76 NO 3 NO 2 CH 3 COO είναι η συζυγής βάση του ισχυρού οξέος ΗΝΟ 3 επομένως, το ΝΟ 3 είναι πολύ ασθενής βάση, δεν υδρολύεται και δίνει ουδέτερα διαλύματα είναι η συζυγής βάση του ασθενούς οξέος ΗΝΟ 2 επομένως, το ΝΟ 2 είναι ασθενής βάση που υδρολύεται και δίνει βασικά διαλύματα είναι η συζυγής βάση του ασθενούς οξέος CH 3 COOH επομένως, το CH 3 COO είναι ασθενής βάση που υδρολύεται και δίνει βασικά διαλύματα ClO 4 είναι η συζυγής βάση του ισχυρού οξέος ΗClΟ 4 επομένως, το ClO 4 είναι πολύ ασθενής βάση, δεν υδρολύεται και δίνει ουδέτερα διαλύματα

77 77 σχέση μεταξύ της K a ενός οξέος και της K b της συζυγής του βάσης 4. ο προσδιορισμός του ph ενός διαλύματος άλατος με ένα ανιόν που είναι συζυγής βάση ασθενούς οξέος, γίνεται όπως για ένα διάλυμα ασθενούς βάσης 5. όμως, χρειάζεται να γνωρίζουμε τη τιμή της σταθεράς K b του ανιόντος Α που δρα ως βάση 6. αυτό μπορεί να γίνει μέσω της σταθεράς K a του συζυγούς οξέος ΗΑ αυτή είναι γνωστή από πίνακες α. οι εξισώσεις ιοντισμού ενός ασθενούς οξέος ΗΑ και υδρόλυσης της συζυγούς του βάσης Α καθώς και οι αντίστοιχες σταθερές ιοντισμού K a και K b είναι HA(aq) H O(l) A (aq) H O (aq) K 2 3 a [A ][H3O ] [HA] [HA][OH ] A (aq) H2O(l) HA(aq) OH (aq) K b [A ] β. πολλαπλασιάζοντας τις αντίστοιχες σταθερές ιοντισμού προκύπτει ότι K K [A ] [H3O ] a b [HA] όπου Κ w 14 [HA] [OH ] [A ] [H3O ][OH ] Kw Ka K b Kw

78 78 σχέση μεταξύ της K a ενός οξέος και της K b της συζυγής του βάσης γ. γνωρίζοντας την K a ενός ασθενούς οξέος ΗΑ, μπορούμε να υπολογίσουμε την K b της συζυγής του βάσης βάσης Α από τη σχέση K w = K a Κ b π.χ. για το CH 3 COOH ισχύει ότι K a = η K b της συζυγούς βάσης, δηλαδή του ανιόντος CH 3 COO, υπολογίζεται ως εξής 14 Kw Ka K b Kw K b K a 10

79 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος NaCHO M στους 25 C. 79 το NaCHO 2 είναι άλας που διίσταται στο Η 2 Ο 1. γράφουμε την εξίσωση διάστασης του άλατος στο Η 2 Ο και προσδιορίζουμε αν κάποιο από τα ιόντα του άλατος υδρολύονται 2. κατασκευάζουμε ένα πίνακες συγκεντρώσεων για τη διάσταση του άλατος και την υδρόλυση του υδρολυόμενού ιόντος 3. εισάγουμε τις αρχικές συγκεντρώσεις - θεωρούμε ότι η [ΟΗ ] από το Η 2 Ο είναι 0 NaCHO 2 CHO 2 + Na + αρχικά τελικά το Na + είναι το κατιόν ισχυρής βάσης NaOH και δεν υδρολύεται (ουδέτερο) το CHO 2 είναι το ανιόν του ασθενούς οξέος CHO 2 και υδρολύεται (βασικό) CHO 2 + Η 2 Ο HCHO 2 + OH αρχικά

80 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος NaCHO M στους 25 C. 80 CHO 2 + Η 2 Ο HCHO 2 + OH 4. αναπαριστούμε τις μεταβολές των συγκεντρώσεων με x (άγνωστο) 5. προσθέτουμε τις μεταβολές των συγκεντρώσεων στις αρχικές τιμές και υπολογίζουμε τις αντίστοιχες τιμές ισορροπίας 6. αντικαθιστούμε τις συγκεντρώσεις στην έκφραση της σταθεράς ισορροπίας Κ a αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία 0.100x x x K b [HCHO 2][OH ] 2 xx [HCHO ] x για να υπολογίσουμε το ph του διαλύματος πρέπει να βρούμε την τιμή της [OH ] δηλαδή του x

81 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος NaCHO M στους 25 C εντοπίζουμε σε πίνακες την τιμή του K a του οξέος ΗCHO 2 και υπολογίζουμε την τιμή της K b της βάσης CHO 2 8. ελέγχουμε αν μπορούμε να απλοποιήσουμε τον παρονομαστή της έκφρασης σταθεράς ισορροπίας - θεωρούμε την προσέγγιση ότι η τιμή του x είναι πολύ μικρή δηλαδή ότι [CHO 2 ] αρχική [CHO 2 ] ισορροπία - αν [CHO 2 ] αρχική / K b > 100 τότε η προσέγγιση μπορεί να γίνει (θα έχουμε σφάλμα <5%) K (HCHO ) κι επομένως η K (CHO ) είναι 4 a 2 b 2 K K K K K w a b w b 4 Ka CHO 2 + Η 2 Ο HCHO 2 + OH αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία 0.100x x x K b 2 [HCHO 2][OH ] xx x 2 [HCHO ] x ελέγχουμε [HCHO 2] αρχική Κ b επομένως, η προσέγγιση είναι έγκυρη 11

82 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος NaCHO M στους 25 C. 82 K b για το CHO 2 = CHO 2 + Η 2 Ο HCHO 2 + OH αρχικά μεταβολή x +x +x 9. εφαρμόζοντας την παραπάνω προσέγγιση, επιλύουμε την εξίσωση ως προς x ισορροπία 0.100x x x προσέγγιση ισορροπία x x K b 2 [HCHO 2][OH ] xx x 2 [HCHO ] x x x ( )(0.100) x

83 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος NaCHO M στους 25 C. 83 K b για το CHO 2 = CHO 2 + Η 2 Ο HCHO 2 + OH αρχικά μεταβολή x +x +x 10. αντικαθιστούμε την τιμή του x στις συγκεντρώσεις ισορροπίας και τις υπολογίζουμε ισορροπία x x αντικατάσταση ισορροπία [ΗCHO 2] [ΟΗ ] x M [CHO ] Μ 2

84 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος NaCHO M στους 25 C. 84 K b για το CHO 2 = αντικαθιστούμε την τιμή της [ΟΗ ] στην έκφραση του Κ w και υπολογίζουμε το [H 3 O + ] 12. αντικαθιστούμε την τιμή της [H 3 O + ] στην έκφραση του ph και το υπολογίζουμε CHO 2 + Η 2 Ο HCHO 2 + OH αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία K [H O ][OH ] [H O ] M w ph log[h O ] log( )

85 Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος NaCHO M στους 25 C. 86 K b για το CHO 2 = CHO 2 + Η 2 Ο HCHO 2 + OH 13. ελέγχουμε την εγκυρότητα των αποτελεσμάτων, αντικαθιστώντας τις συγκεντρώσεις ισορροπίας στην έκφραση της σταθεράς ισορροπίας K b, υπολογίζουμε την τιμή της και την συγκρίνουμε με την τιμή Κ b από τους πίνακες αρχικά μεταβολή x +x +x ισορροπία [HCHO 2][OΗ ] ( )( ) [CHO 2] K b επομένως, K b (υπολογισμός) K b 11

86 87 Το βενζοϊκό οξύ, HC 7 H 5 O 2, και τα άλατά του χρησιμοποιούνται ως συντηρητικά τροφίμων. Να υπολογιστεί το ph ενός υδατικού διαλύματος NaC 7 H 5 O M στους 25 C, αν η K a του βενζοϊκού οξέος είναι βενζοϊκό οξύ

87 οξεοβασικός χαρακτήρας κατόντων 88 Γ. οξεοβασικός χαρακτήρας κατόντων 1. ως προς την υδρόλυσή τους, διακρίνουμε 3 κατηγορίες κατιόντων α. κατιόντα Μ n+, όπου Μ = στοιχείο των ομάδων 1 και 2 του ΠΠ, είναι αντισταθμιστικά ιόντα ισχυρών βάσεων, που δεν υδρολύονται και δίνουν ουδέτερα διαλύματα (ουδέτερα κατιόντα) π.χ. τα K + και Ca 2+ είναι τα αντισταθμιστικά ιόντα των ισχυρών βάσεων ΚOH και Ca(OH) 2 - στα διαλύματά τους, τα Κ + και Ca 2+ αλληλεπιδρούν με μόρια Η 2 Ο με αλληλεπιδράσεις ιόντος-διπόλου - όμως, αυτές δεν είναι αρκετά ισχυρές για να ιοντίσουν το Η 2 Ο, κι επομένως τα ιόντα δεν υδρολύονται - δεν θα επηρεάζουν το ph των διαλυμάτων τους

88 οξεοβασικός χαρακτήρας κατόντων 89 β. κατιόντα Μ n+ που έχουν μεγάλη πυκνότητα φορτίου που υδρολύονται και δίνουν όξινα διαλύματα (όξινα κατιόντα) i. π.χ. τα κατιόντα Fe 3+ και Al 3+ - αλληλεπιδρούν με μόρια Η 2 Ο με αλληλεπιδράσεις ιόντος-διπόλου - έχουν μεγάλη πυκνότητα φορτίου, δηλαδή μεγάλη τιμή του λόγου (φορτίο ιόντος)/(ακτίνα ιόντος) - έτσι, έλκουν ισχυρά προς το μέρος τους ηλεκτρονική πυκνότητα από τα μόρια H 2 O με τα οποία συνδέονται μέσω του Ο, εξασθενούν το δεσμό Ο Η, δημιουργώντας μεγάλο δ+ στο Η, το οποίο αποσπάται εύκολα από μόρια Η 2 Ο - δηλαδή, τα κατιόντα αυτά ιοντίζουν το Η 2 Ο (υδρολύονται) π.χ. Al(H 2 O) 6 3+ (aq) + H 2 O(l) Al(H 2 O) 5 (OH) 2+ (aq) + H 3 O + (aq) - εφόσον κατά η υδρόλυσή τους παράγεται Η 3 Ο +, δίνουν όξινα διαλύματα

89 οξεοβασικός χαρακτήρας κατόντων 90 γ. κατιόντα H:Β + που είναι συζυγή οξέα ασθενών βάσεων :B που υδρολύονται και δίνουν όξινα διαλύματα (όξινα κατιόντα) i. π.χ. το NH 4+, που είναι το συζυγές οξύ της ασθενούς βάσης ΝΗ 3 εφόσον η ΝΗ 3 είναι ασθενής βάση, η ισορροπία ΝΗ 4+ (aq) + H 2 O(l) ΝΗ 3 (aq) + Η 3 Ο + (aq) είναι μετατοπισμένη προς τα δεξιά - δηλαδή, το ΝΗ 4+ δίνει Η + στο Η 2 Ο κι επομένως υδρολύεται - εφόσον κατά η υδρόλυσή του παράγεται Η 3 Ο +, αυτό θα δίνει όξινα διαλύματα ii. το ph ενός διαλύματος άλατος με ένα τέτοιο κατιόν προσδιορίζεται όπως και για ένα διάλυμα ασθενούς οξέος η K a ενός κατιόντος Η:Β + υπολογίζεται μέσω της K b της συζυγούς βάσης :Β από τη σχέση K w = K a Κ b

90 Να προσδιοριστεί αν τα παρακάτω κατιόντα δίνουν όξινα ή ουδέτερα υδατικά διαλύματα. 91 Na + Ca 2+ Cr 3+ C 5 H 5 NH + (C 5 H 5 N: πυριδίνη) είναι ένα κατιόν στοιχείου της 1 ης ομάδας του ΠΠ, που είναι αντισταθμιστικό ιόν της ισχυρής βάσης NaOH επομένως, το Na + δεν υδρολύεται και δίνει ουδέτερα διαλύματα είναι ένα κατιόν στοιχείου της 2 ης ομάδας του ΠΠ, που είναι αντισταθμιστικό ιόν της ισχυρής βάσης Ca(OH) 2 επομένως, το Ca 2+ δεν υδρολύεται και δίνει ουδέτερα διαλύματα είναι ένα κατιόν με μεγάλη πυκνότητα φορτίου επομένως, το Cr 3+ είναι ασθενές οξύ που υδρολύεται και δίνει όξινα διαλύματα είναι το συζυγές οξύ της ασθενούς βάσης C 5 H 5 N (πυριδίνη) επομένως, το C 5 H 5 NΗ + είναι ασθενές οξύ που υδρολύεται και δίνει όξινα διαλύματα

91 92 το ph διαλυμάτων αλάτων Δ. το ph διαλυμάτων αλάτων 1. για να ελέγξουμε αν ένα διάλυμα άλατος είναι ουδέτερο, όξινο ή βασικό, ελέγχουμε την πιθανότητα υδρόλυσης των ιόντων τους 2. αν σε ένα άλας δεν υδρολύεται ούτε το κατιόν ούτε και το ανιόν, το διάλυμά του θα είναι ουδέτερο π.χ. NaCl, Ca(NO 3 ) 2, KBr 3. αν σε ένα άλας υδρολύεται μόνο το ανιόν, το διάλυμά του θα είναι βασικό π.χ. NaF, Ca(CH 3 COO) 2, ΚNO 2 το ανιόν δρα ως βάση 4. αν σε ένα άλας υδρολύεται μόνο το κατιόν, το διάλυμά του θα είναι όξινο π.χ. FeCl 3, Al(NO 3 ) 3, ΝΗ 4 Cl το κατιόν δρα ως οξύ

92 το ph διαλυμάτων αλάτων αν σε ένα άλας υδρολύεται και το ανιόν αλλά και το κατιόν, το διάλυμά του μπορεί να είναι είτε όξινο είτε βασικό α. π.χ. FeF 3, Al(CH 3 COO) 3, NH 4 CN β. εξαρτάται από την έκταση της υδρόλυσης του κατιόντος και του ανιόντος γ. μπορεί να προσδιοριστεί συγκρίνοντας τις αντίστοιχες σταθερές ιοντισμού K a (κατιόν) και K b (ανιόν) i. το ιόν με τη μεγαλύτερη σταθερά ιοντισμού θα καθορίζει το ph του διαλύματος ii. αν K a > K b, τότε το διάλυμα θα είναι όξινο iii. αν K a < K b, τότε το διάλυμα θα είναι βασικό π.χ. στο ΝΗ 4 CN: CN (aq) + H 2 O(l) HCN(aq) + OH (aq) K b (CN ) ΝΗ 4+ (aq) + H 2 O(l) ΝΗ 3 (aq) + Η 3 Ο + (aq) K a (ΝΗ 4+ ) επειδή K a (ΝΗ 4+ ) < K b (CN ) θα υπερισχύει η υδρόλυση του CN και το διάλυμα θα είναι βασικό

93 Να προσδιοριστεί αν τα παρακάτω άλατα σχηματίζουν όξινα, βασικά ή ουδέτερα διαλύματα. 94 SrCl 2 Zn(NO 3 ) 2 C 5 H 5 NHCl (C 5 H 5 N: πυριδίνη) NaCHO 2 - το Sr 2+ είναι το αντισταθμιστικό ιόν της ισχυρής βάσης Sr(OH) 2 και δεν υδρολύεται - το Cl είναι η συζυγής βάση του ισχυρού οξέος HCl και δεν υδρολύεται - επομένως, το διάλυμα θα είναι ουδέτερο - το Zn 2+ είναι κατιόν με μεγάλη πυκνότητα φορτίου και υδρολύεται ως ασθενές οξύ - το NO 3 είναι η συζυγής βάση του ισχυρού οξέος HNO 3 και δεν υδρολύεται - επομένως, το διάλυμα θα είναι όξινο - το C 5 H 5 NH + είναι το συζυγές οξύ της ασθενούς βάσης C 5 H 5 N (πυριδίνη) και υδρολύεται ως ασθενές οξύ - το Cl είναι η συζυγής βάση του ισχυρού οξέος HCl και δεν υδρολύεται - επομένως, το διάλυμα θα είναι όξινο - το Na + είναι το αντισταθμιστικό ιόν της ισχυρής βάσης NaOH και δεν υδρολύεται - το CHO 2 είναι η συζυγής βάση του ασθενούς οξέος HCHO 2 και υδρολύεται ως ασθενής βάση - επομένως, το διάλυμα θα είναι βασικό

94 Να προσδιοριστεί αν τα παρακάτω άλατα σχηματίζουν όξινα, βασικά ή ουδέτερα διαλύματα. 95 NH 4 F - το NH 4+ είναι το συζυγές οξύ της ασθενούς βάσης NH 3 και υδρολύεται ως ασθενές οξύ - το F είναι η συζυγής βάση του ασθενούς οξέος HF και υδρολύεται ως ασθενής βάση - για να προσδιοριστεί η οξύτητα του διαλύματος πρέπει να προσδιοριστούν οι τιμές των Κ a (NH 4+ ) και K b (F ) αυτές υπολογίζονται από τις αντίστοιχες K b (NH 3 ) και K a (HF) που είναι γνωστές από πίνακες, χρησιμοποιώντας τη σχέση K a K b = K w K K (NH ) a 14 + w K b(nh 3 ) K w 11 K b(f ) K b(hf) επομένως, αφού K a (NH 4+ ) > Kb(F ), τότε το διάλυμα θα είναι όξινο