ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΟΥ ΕΤΕΡΟΤΗΤΑΣ ΑΡΧΗ ΙΣΟΣΤΑΘΜΙΣΗΣ ΤΗΣ ΜΑΖΑΣ ΕΡΗ ΜΠΙΖΑΝΗ 4 ΟΣ ΟΡΟΦΟΣ, ΓΡΑΦΕΙΟ 2 eribizani@chem.uoa.gr 2107274573 1
ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΟΥ ΕΤΕΡΟΤΗΤΑΣ (1) Αρχή ηλεκτρικής ουδετερότητας Ο λα τα διαλύµατα είναι ηλεκτρικά ουδέτερα γιατί το άθροισµα θετικών φορτίων ισόυται µε το άθροισµα των αρνητικών φορτίων. εν υπάρχει στο διάλυµα ανιχνεύσιµη περίσσεια θετικού ή αρνητικού φορτίου Εκφράζεται µαθηµατικά µε µια εξίσωση που περιλαµβάνει τις µοριακές συγκεντρώσεις όλων των ιόντων του διαλύµατος Εξίσωση Ηλεκτρικής Ουδετερότητας - Χρησιµοποιείται για τη λύση προβληµάτων χηµικής ισορροπίας 2
ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΟΥ ΕΤΕΡΟΤΗΤΑΣ (2) Αναγκαία συνθήκη είναι η ισότητα θετικών και αρνητικών φορτίων και όχι θετικών και αρνητικών ιόντων Παράδειγµα: H 2 O K 2 SO 4 2K + + SO 4 2 θετικά φορτία 2 αρνητικά φορτία ισότητα φορτίων -Όχι ισότητα ιόντων: 2 θετικά ιόντα και 1 αρνητικό ιόν 3
Γενικά για: ΑΡΧΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΟΥ ΕΤΕΡΟΤΗΤΑΣ (3) Κατιόντα Κ n+ και συγκέντρωση [Κ n+ ] συγκέντρωση θετικών φορτίων = n[k n+ ] Ανιόντα Α m- και συγκέντρωση [Α m- ] συγκέντρωση αρνητικών φορτίων = m[a m- ] 4
ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΟΥ ΕΤΕΡΟΤΗΤΑΣ (4) Για να γράψουµε την εξίσωση Η.Ο. πρέπει: 1.Να γνωρίζουµε όλα τα ιόντα που υπάρχουν στο διάλυµα στην κατάσταση χηµικής ισορροπίας 2.Να λαµβάνουµε υπόψη το ηλεκτρικό φορτίο κάθε ιόντος 3.Να εξισώσουµε την ολική συγκέντρωση θετικών φορτίων µε την ολική συγκέντρωση αρνητικών φορτίων 5
ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΟΥ ΕΤΕΡΟΤΗΤΑΣ (5) Λαµβάνουµε υπόψη τα εξής: 1 µονοσθενές κατιόν (π.χ. Na + ) έχει και εποµένως συνεισφέρει στο διάλυµα 1 στοιχειώδες θετικό φορτίο 1 mol µονοσθενούς κατιόντος (1 mol Na + ) έχει και εποµένως συνεισφέρει στο διάλυµα 1 mol στοιχειωδών θετικών φορτίων Αν [Na + ] = 0,1Μ συγκέντρωση θετικών φορτίων λόγω Na + = 0,1Μ Αντίστοιχα για µονοσθενή ανιόντα: 1 mol µονοσθενούς ανιόντος έχει και εποµένως συνεισφέρει στο διάλυµα 1 mol στοιχειωδών αρνητικών φορτίων Αν [Cl - ] = 0,1Μ συγκέντρωση αρνητικών φορτίων λόγω Cl - = 0,1Μ Μονοσθενή κατιόντα: συγκέντρωση θετικών φορτίων = συγκέντρωση κατιόντων Μονοσθενή ανιόντα: συγκέντρωση αρνητικών φορτίων = συγκέντρωση ανιόντων 6
ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΟΥ ΕΤΕΡΟΤΗΤΑΣ (6) Για δισθενή κατιόντα (π.χ. Mg 2+ ): 1 mol Mg 2+ συνεισφέρει στο διάλυµα 2 mol στοιχειωδών θετικών φορτίων Αν [Mg 2+ ] = 0,1 M συγκέντρωση θετικών φορτίων λόγω Mg 2+ = 2 x 0,1 = 0,2 M Για δισθενή ανιόντα (π.χ. SO 4 ): 1 mol SO 4 συνεισφέρει στο διάλυµα 2 mol στοιχειωδών αρνητικών φορτίων Αν [SO 4 ] = 0,1 M συγκέντρωση αρνητικών φορτίων λόγω SO 4 = 2 x 0,1 = 0,2 M ισθενή κατιόντα: συγκέντρωση θετικών φορτίων =2 x συγκέντρωση κατιόντων ισθενή ανιόντα: συγκέντρωση αρνητικών φορτίων = 2 x συγκέντρωση ανιόντων Τρισθενή κατιόντα: συγκέντρωση θετικών φορτίων =3 x συγκέντρωση κατιόντων Τρισθενή ανιόντα: συγκέντρωση αρνητικών φορτίων = 3 x συγκέντρωση ανιόντων 7
ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΟΥ ΕΤΕΡΟΤΗΤΑΣ (7) Παράδειγµα 1: Να γραφεί η εξίσωση Η.Ο. για υδατικό διάλυµα HCl. HCl H + + Cl - και Η 2 Ο Η + + ΟΗ - Ολικό θετικό φορτίο του διαλύµατος οφείλεται: στα Η + που προέρχονται από α) πλήρη ιοντισµό του ΗCl β) ασθενή ιοντισµό του Η 2 Ο Ολική συγκέντρωση θετικών φορτίων = [Η + ] Ολικό αρνητικό φορτίο του διαλύµατος οφείλεται: στα Cl - και ΟΗ - Ολική συγκέντρωση αρνητικών φορτίων = [Cl - ] + [OH - ] Αρχή Η.Ο.: Άθροισµα θετικών φορτίων = Άθροισµα αρνητικών φορτίων ή Ολική συγκέντρωση θετικών φορτίων = Ολική συγκέντρωση αρνητικών φορτίων Εξίσωση Η.Ο. : [Η + ] = [Cl - ] + [OH - ] 8
ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΟΥ ΕΤΕΡΟΤΗΤΑΣ (8) Παράδειγµα 2: Να υπολογισθεί η [Η + ] και το ph του διαλύµατος HCl 1,00x10-8 M. ίνεται για Η 2 Ο: Κ w =1,00x10-14 Πολύ αραιό διάλυµα: Πρέπει να ληφθεί υπόψη ο ιοντισµός του Η 2 Ο (γενικά: για ισχυρά οξέα αν c<10-6 M, δεν µπορεί να αγνοηθεί ο ιοντισµός του Η 2 Ο) Απλούστερος τρόπος λύσης: Εξίσωση Η.Ο. HCl H + + Cl - και [Cl - ]=1,00x10-8 M [H + ]=[Cl - ] + [OH - ] K w =[H + ][OH - ]=1,00x10-14 [OH - ]=K + w /[H ] [H + ] = 1,00x10-8 + K w /[H + ] [H + ] 2 1,00x10-8 [H + ] 1,00x10-14 = 0 [H + ] = 1,05x10-7 M, ph = 6,98 Η 2 Ο Η + + ΟΗ - 9
ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΟΥ ΕΤΕΡΟΤΗΤΑΣ (9) Παράδειγµα 3: Να γραφεί η εξίσωση Η.Ο. για υδατικό διάλυµα H 2 S. H 2 S H + + HS - HS - H + + S και Η 2 Ο Η + + ΟΗ - Εξίσωση Η.Ο. : [Η + ] = 2[S ] + [HS - ] + [OH - ] Ερώτηση: Σε υδατικό διάλυµα Η 2 S η σχέση [Η + ] = 2[S ] ισχύει; Ναί ή όχι και γιατί; Σε περίπτωση λανθασµένης σχέσης να δοθεί η σωστή. ΌΧΙ, λανθασµένη σχέση. Το Η 2 S είναι ασθενές οξύ και στο πρώτο και στο δεύτερο στάδιο ιοντισµού. 10
ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΟΥ ΕΤΕΡΟΤΗΤΑΣ (10) Παράδειγµα 4: Να γραφεί η εξίσωση Η.Ο. για υδατικό διάλυµα H 3 PO 4. H 3 PO 4 H + + H 2 PO 4 - H - 2 PO 4- H + + HPO 4 HPO 4 H + + PO 4 3- και Η 2 Ο Η + + ΟΗ - Εξίσωση Η.Ο. : [Η + ] = 3[PO 4 3- ] + 2[HPO 4 ] + [H 2 PO 4- ] + [OH - ] 11
ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΟΥ ΕΤΕΡΟΤΗΤΑΣ (11) Παράδειγµα 5: Να γραφεί η εξίσωση Η.Ο. για υδατικό διάλυµα Na 2 S. Na 2 S 2Na + + S S + H 2 O HS - + OH - HS - + H 2 O H 2 S + OH - και Η 2 Ο Η + + ΟΗ - Εξίσωση Η.Ο. : [Η + ]+ [Na + ] = 2[S ] + [HS - ] + [OH - ] 12
ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΟΥ ΕΤΕΡΟΤΗΤΑΣ (12) Γενική µορφή της εξίσωσης Ηλεκτρικής Ουδετερότητας ιάλυµα: Κατιόντα Κ 1 ν+, Κ 2 µ+, Κ 3 λ+,... σε συγκεντρώσεις [Κ 1 ν+ ], [Κ 2 µ+ ], [Κ 3 λ+ ],... Ανιόντα Α n- 1, A m- 2, A p- 3,. σε συγκεντρώσεις [Α 1 n- ], [A 2 m- ], [A 3 p- ],.. Εξίσωση Ηλεκτρικής Ουδετερότητας: ν[κ 1 ν+ ] + µ[κ 2 µ+ ] + λ[κ 3 λ+ ] + = n[α 1 n- ] + m[a 2 m- ] + p[a 3 p- ] + Οι αγκύλες δηλώνουν µοριακές συγκεντρώσεις, τις συγκεντρώσεις των ιόντων στην κατάσταση χηµικής ισορροπίας. 13
ΙΣΟΣΤΑΘΜΙΣΗΣ ΜΑΖΑΣ (1) Ο αριθµός των ατόµων ενός στοιχείου παραµένει σταθερός στις συνήθεις χηµικές αντιδράσεις γιατί ούτε δηµιουργούνται ούτε καταστρέφονται άτοµα. Εκφράζεται µαθηµατικά µε µια εξίσωση που περιλαµβάνει τις συγκεντρώσεις όλων των σωµατιδίων που περιέχουν ένα συγκεκριµένο στοιχείο ηλαδή: Η ολική συγκέντρωση ενός στοιχείου είναι ίση µε το άθροισµα των µοριακών συγκεντρώσεων όλων των σωµατιδίων που περιέχουν το συγκεκριµένο στοιχείο. Πολλαπλασίαζουµε τη συγκέντρωση καθενός σωµατιδίου µε ένα συντελεστή που είναι ίσος µε τον αριθµό των ατόµων του στοιχείου ανά σωµατίδιο Η εξίσωση λέγεται Εξίσωση Ισοστάθµισης Μάζας 14
ΙΣΟΣΤΑΘΜΙΣΗΣ ΜΑΖΑΣ (2) C H2S, [H 2 S] δεν δηλώνουν το ίδιο πράγµα C H2S = 0,1Μ ολική συγκέντρωση Η 2 S [H 2 S] συγκέντρωση αδιάστατων µορίων Η 2 S σε κατάσταση χηµικής ισορροπίας 15
ΙΣΟΣΤΑΘΜΙΣΗΣ ΜΑΖΑΣ (3) Παράδειγµα 1: Να γραφούν οι εξισώσεις Ι.Μ. για υδατικό διάλυµα [Ag(NH 3 ) 2 ]Cl, c=1,0 x 10-5 M. [Ag(NH 3 ) 2 ]Cl [Ag(NH 3 ) 2 ] + + Cl - [Ag(NH 3 ) 2 ] + [Ag(NH 3 )] + + NH 3 [Ag(NH )] + Ag + 3 + NH 3 NH 3 + Η 2 Ο NH 4 + + OH - και Η 2 Ο Η + + ΟΗ - Εξίσωση I.M. Cl: [Cl - ] = c =1,0 x 10-5 M Εξίσωση I.M. Ag: [Ag + ] + [Ag(NH 3 ) + ] + [Ag(NH 3 ) 2+ ] = c = 1,0 x 10-5 M Εξίσωση I.M. N: [NH 3 ] + [NH 4+ ] + [Ag(NH 3 ) + ] + 2[Ag(NH 3 ) 2+ ] = 2c = 2,0 x 10-5 M 16
ΙΣΟΣΤΑΘΜΙΣΗΣ ΜΑΖΑΣ (4) Παράδειγµα 2: Να γραφεί η εξίσωση I.M. και Η.Ο. για υδατικό διάλυµα Na 3 PO 4, c=0,1m. Na 3 PO 4 3Na + + PO 4 3- PO 4 3- + Η 2 Ο HPO 4 + ΟΗ - HPO - - 4 + Η 2 Ο H 2 PO 4 + ΟΗ H 2 PO 4- + Η 2 Ο H 3 PO 4 + ΟΗ - και Η 2 Ο Η + + ΟΗ - Εξίσωση I.M. Na : [Na + ] = 3c = 0,3 M Εξίσωση I.M. P : [PO 4 3- ] + [HPO 4 ] + [H 2 PO 4- ] + [H 3 PO 4 3- ]= c = 0,1 M Εξίσωση Η.Ο. : [Η + ]+ [Νa + ] = 3[PO 4 3- ] + 2[HPO 4 ] + [H 2 PO 4- ] + [OH - ] 17
ΙΣΟΣΤΑΘΜΙΣΗΣ ΜΑΖΑΣ (5) Παράδειγµα 3: Να γραφεί η εξίσωση I.M. και Η.Ο. για υδατικό διάλυµα Na 2 S, c=0,1m. Na 2 S 2Na + + S S + H 2 O HS - + OH - 2 HS - + H 2 O H 2 S + OH - και Η 2 Ο Η + + ΟΗ - Εξίσωση Η.Ο. : [Η + ]+ [Na + ] = 2[S ] + [HS - ] + [OH - ] Εξίσωση I.M. Na : [Na + ] = 2c = 0,2 M Εξίσωση I.M. S : [S ] + [HS - ] + [S ]= c = 0,1 M 18