Kemijska ravnoteža. dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju

Σχετικά έγγραφα
SEMINAR IZ KOLEGIJA ANALITIČKA KEMIJA I. Studij Primijenjena kemija

Heterogene ravnoteže taloženje i otapanje. u vodi u prisustvu zajedničkog iona u prisustvu kompleksirajućegreagensa pri različitim ph vrijednostima

S t r a n a 1. 1.Povezati jonsku jačinu rastvora: a) MgCl 2 b) Al 2 (SO 4 ) 3 sa njihovim molalitetima, m. za so tipa: M p X q. pa je jonska jačina:

Eliminacijski zadatak iz Matematike 1 za kemičare

Elektrokemijski članci

KEMIJSKA RAVNOTEŽA II

KEMIJSKA RAVNOTEŽA II

3.1 Granična vrednost funkcije u tački

A B C D. v v k k. k k

1. Arrhenius. Ion equilibrium. ก - (Acid- Base) 2. Bronsted-Lowry *** ก - (conjugate acid-base pairs) HCl (aq) H + (aq) + Cl - (aq)

UKUPAN BROJ OSVOJENIH BODOVA

ELEKTRIČNA STRUJA KROZ TEKUĆINE. Elektrolitička disocijacija. čista destilirana voda izolator, uz npr. NaCl bolja vodljivost

Otopine elektrolita. elektroliti tvari koje kada su rastaljene ili otopljene u vodi provode struju pomoću jona

ELEKTROTEHNIČKI ODJEL

IV RAČUNSKE VEŽBE RAVNOTEŽE U REDOKS SISTEMIMA

konst. Električni otpor

ΗΛΙΑΣΚΟΣ ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑ. Γενικής Παιδείας Χημεία Α Λυκείου ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΥΨΗΛΟΥ ΕΠΙΠΕΔΟΥ. Επιμέλεια: ΒΑΣΙΛΗΣ ΛΟΓΟΘΕΤΗΣ

Linearna algebra 2 prvi kolokvij,

SADRŽAJ PREDMETA PREDAVANJA ~ PRINCIPI HEMIJSKE RAVNOTEŽE ~ KISELINE, BAZE I SOLI RAVNOTEŽA U VODENIM RASTVORIMA ~ RAVNOTEŽA U HETEROGENIM SISTEMIMA

UNIVERZITET U NIŠU ELEKTRONSKI FAKULTET SIGNALI I SISTEMI. Zbirka zadataka

M086 LA 1 M106 GRP. Tema: Baza vektorskog prostora. Koordinatni sustav. Norma. CSB nejednakost

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ÄÉÁÍüÇÓÇ

Pripremila i uredila: Doc. dr. sc. Blaženka Foretić OSNOVE KEMIJSKOG RAČUNANJA

1 Promjena baze vektora

SISTEMI NELINEARNIH JEDNAČINA

Kiselo bazni indikatori

KEΦΑΛΑΙΟ 3 ΟΞΕΑ - ΒΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΙΟΝΤΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ

18. listopada listopada / 13

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΟ Μ.Ε. ΣΥΜΒΟΛΟ ΤΡΑΠΕΖΑ ΘΕΜΑΤΩΝ Α ΛΥΚΕΙΟΥ ΑΝΤΙ ΡΑΣΕΙΣ

MATRICE I DETERMINANTE - formule i zadaci - (Matrice i determinante) 1 / 15

Operacije s matricama

Elementi spektralne teorije matrica

INTEGRALNI RAČUN. Teorije, metodike i povijest infinitezimalnih računa. Lucija Mijić 17. veljače 2011.

Otpornost R u kolu naizmjenične struje

ZBIRKA ZADATAKA IZ ANALITIČKE KEMIJE

Precipitacija i otapanje

προσθέτουµε 500ml ΗΝΟ ( ) ) . Επίσης, θ = 25 C

DISKRETNA MATEMATIKA - PREDAVANJE 7 - Jovanka Pantović

- pravac n je zadan s točkom T(2,0) i koeficijentom smjera k=2. (30 bodova)

Ισχυροί και ασθενείς ηλεκτρολύτες μέτρα ισχύος οξέων και βάσεων νόμοι Ostwald

Funkcije dviju varjabli (zadaci za vježbu)

Apsolutno neprekidne raspodele Raspodele apsolutno neprekidnih sluqajnih promenljivih nazivaju se apsolutno neprekidnim raspodelama.

numeričkih deskriptivnih mera.

ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ 2002

Επαναληπτικά Θέµατα ΟΕΦΕ Γ' ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ ΧΗΜΕΙΑ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

2 tg x ctg x 1 = =, cos 2x Zbog četvrtog kvadranta rješenje je: 2 ctg x

I.13. Koliki je napon između neke tačke A čiji je potencijal 5 V i referentne tačke u odnosu na koju se taj potencijal računa?

Iskazna logika 3. Matematička logika u računarstvu. novembar 2012

Kaskadna kompenzacija SAU

Dijagonalizacija operatora

Θέμα Α. Ονοματεπώνυμο: Χημεία Α Λυκείου Διαγώνισμα εφ όλης της ύλης. Αξιολόγηση :

NOMENKLATURA ORGANSKIH SPOJEVA. Imenovanje aromatskih ugljikovodika

Κανόνες διαλυτότητας για ιοντικές ενώσεις

HEMIJSKE RAVNOTEŽE. a = f = f c.

7 Algebarske jednadžbe

Riješeni zadaci: Nizovi realnih brojeva

ΘΕΜΑΤΑ ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΜΑΘΗΜΑ: ΧΗΜΕΙΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ (ΠΕΡΙΕΧΟΝΤΑΙ ΚΑΙ ΟΙ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ)

Osnovni primer. (Z, +,,, 0, 1) je komutativan prsten sa jedinicom: množenje je distributivno prema sabiranju

(P.I.) PRETPOSTAVKA INDUKCIJE - pretpostavimo da tvrdnja vrijedi za n = k.

ΟΜΟΣΠΟΝΔΙΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑΔΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2019 Β ΦΑΣΗ

Osnovne teoreme diferencijalnog računa

radni nerecenzirani materijal za predavanja R(f) = {f(x) x D}

Osnove biokemije Seminar 2

Trigonometrija 2. Adicijske formule. Formule dvostrukog kuta Formule polovičnog kuta Pretvaranje sume(razlike u produkt i obrnuto

(είναι οι αντιδράσεις στις οποίες δεν μεταβάλλεται ο αριθμός οξείδωσης σε κανένα από τα στοιχεία που συμμετέχουν)

ΜΑΞΙΜΟΣ ΚΟΤΕΛΙΔΑΣ. β) Να βρεθεί σε ποια οµάδα και σε ποια περίοδο του Περιοδικού Πίνακα ανήκουν.

8. Ιοντικές ισορροπίες σε υδατικά διαλύματα

Riješeni zadaci: Limes funkcije. Neprekidnost

Vodik. dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju

REAKCIJE OKSIDO-REDUKCIJE (REDOKS REAKCIJE)

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 6 ΣΕΛΙΔΕΣ

RIJEŠENI ZADACI I TEORIJA IZ

ΙΠΛΗ ΑΝΤΙΚΑΤΑΣΤΑΣΗ. Η 2 SO 4 + BaCl 2 2HCl + BaSO 4. 2HCl + Na 2 CO 3 CO 2 + H 2 O + 2NaCl. 2HCl + Na 2 SO 3 SO 2 + H 2 O + 2NaCl

3. Υπολογίστε το μήκος κύματος de Broglie (σε μέτρα) ενός αντικειμένου μάζας 1,00kg που κινείται με ταχύτητα1 km/h.

ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 2010 Πειράματα Χημείας Χημικές αντιδράσεις και ποιοτική ανάλυση ιόντων

ΠΑΝΕΛΛΑ ΙΚΕΣ 2013 ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

IspitivaƬe funkcija: 1. Oblast definisanosti funkcije (ili domen funkcije) D f

ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ 2005

Cauchyjev teorem. Postoji više dokaza ovog teorema, a najjednostvniji je uz pomoć Greenove formule: dxdy. int C i Cauchy Riemannovih uvjeta.

, ε) MgCl 2 NH 3. COOH, ι) CH 3

ΛΥΜΕΝΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΗ

Pismeni ispit iz matematike Riješiti sistem jednačina i diskutovati rješenja sistema u zavisnosti od parametra: ( ) + 1.

ΙΑΓΩΝΙΣΜΑ 1 Ο ( 1 Ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ)

PARCIJALNI IZVODI I DIFERENCIJALI. Sama definicija parcijalnog izvoda i diferencijala je malo teža, mi se njome ovde nećemo baviti a vi ćete je,

Strukture podataka i algoritmi 1. kolokvij 16. studenog Zadatak 1

1.4 Tangenta i normala

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2015 Β ΦΑΣΗ Α ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΧΗΜΕΙΑ ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΟ ΜΕΣΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΗΡΑΚΛΕΙΤΟΣ ΚΩΛΕΤΤΗ

41. Jednačine koje se svode na kvadratne

ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ 2002

Kiselo-bazne ravnoteže

1. Στο παρακάτω διάγραμμα τα γράμματα Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ, Λ

ΔΙΑΛΥΜΑΤΑ ΙΣΧΥΡΩΝ ΟΞΕΩΝ/ΒΑΣΕΩΝ

SADRŽAJ PREDMETA PREDAVANJA ~ PRINCIPI HEMIJSKE RAVNOTEŽE ~ KISELINE, BAZE I SOLI RAVNOTEŽA U VODENIM RASTVORIMA ~ RAVNOTEŽA U HETEROGENIM SISTEMIMA

Ημερομηνία: Τρίτη 18 Απριλίου 2017 Διάρκεια Εξέτασης: 3 ώρες ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Matematička analiza 1 dodatni zadaci

Ενδεικτικές Απαντήσεις Πανελλαδικών Εξετάσεων Χημείας 2016

ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ 1 ΙΟΥΝΙΟΥ 2012 ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

Χηµεία Α Γενικού Λυκείου

TRANSFORMACIJE HEMIJSKE ENERGIJE U ELEKTRIČNU - ELEKTROHEMIJA. hemijska reakcija je izvor energije

Transcript:

Kemijska ravnoteža Svaka povratna ili reverzibilna reakcija može se općenito prikazati sljedećom jednadžbom: m A + n B o C + p D. v = k [A] m [B] n v = k [C] o [D] p U trenutku kada se brzine reakcije nastajanja produkata i raspadanja produkta izjednače sustav je u stanju ravnoteže (označavamo ili ). Grana kemije koja izučava brzine kemijskih reakcija naziva se kemijska kinetika. 1

U slučaju kada su brzine jednake, tj. kada je k [A] m [B] n = k [C] o [D] p za navedenu se reakciju može se definirati izraz: K = [C]o [D] p [A] m [B] n Taj je izraz poznat pod imenom zakon o djelovanju masa (Guldberg-Waage) ili zakon kemijske ravnoteže. Konstanta K naziva se konstantom kemijske ravnoteže i njena brojčana vrijednost konstantna je pri nekoj temperaturi. Konstanta kemijske ravnoteže odreñuje položaj ravnoteže. Što je veća vrijednost konstante ravnoteže to je u stanju ravnoteže veća koncentracija produkata reakcije u odnosu na koncentraciju reaktanata, tj. to je ravnoteža više pomaknuta u smjeru stvaranja produkata reakcije. Primjer: N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) K c = [NH 3 ] 2 * K p = [N 2 ] [H 2 ] 3 p 2 (NH 3 ) p(n 2 ) p 3 (H 2 ) * za plinove parcijalni tlakovi plinova 2

Ravnoteže u homogenim sustavima mogu se podijeliti na: ravnoteže u plinovitim sustavima ravnoteže u otopinama. Ravnoteže u heterogenim sustavima, koji se sastoje od više faza, mogu se promatrati u sljedećim sustavima: čvrsto - plinovito čvrsto tekuće tekuće plinovito tekuće tekuće. Heterogeni sustav čvrsto-tekuće Ovakav sustav čini čvrsta tvar u ravnoteži sa svojom zasićenom otopinom. Ravnoteža otapanja, odnosno taloženja može se općenito prikazati ovom jednadžbom: B + A (s) B + (aq) + A (aq) Konstanta ravnoteže dana je izrazom: [B + ] [ A ] = K c Konstanta ravnoteže u ovom se slučaju naziva konstanta produkta topljivosti (K pt, K so, K sp ). 3

Što je manja vrijednost konstante produkta topljivosti, to je i manja topljivost tvari, odnosno prije dolazi do njenog taloženja. Primjeri: AgCl Ag + + Cl ; K pt (AgCl) = [Ag + ] [Cl ] PbSO 4 Pb 2+ + SO 4 2 ; K pt (PbSO 4 ) = [Pb 2+ ] [SO 4 2 ] PbCl 2 Pb 2+ + 2 Cl ; K pt (PbCl 2 ) = [Pb 2+ ] [Cl ] 2 K pt nekih teško topljivih tvari u vodi (pri sobnoj temperaturi) Tvar K pt Tvar K pt AgBr 4,4 10-13 mol 2 dm 6 PbCl 2 2 10-5 mol 3 dm 9 AgCl 1 10-10 mol 2 dm 6 PbS 4,2 10-28 mol 2 dm 6 CaCO 3 1,6 10-8 mol 2 dm 6 PbSO 4 1,4 10-8 mol 2 dm 6 Iz K pt se može izračunati ravnotežna koncentracija iona u otopini, topljivost spoja u vodi i koncentracija iona potrebna za taloženje. AgCl Ag + + Cl ; K pt (AgCl) = [Ag + ] [Cl ] [Ag + ] [Cl ] < K pt (AgCl) nezasićena otopina [Ag + ] [Cl ] = K pt (AgCl) zasićena otopina [Ag + ] [Cl ] > K pt (AgCl) prezasićena otopina 4

Heterogeni sustav tekuće-tekuće Otapa li se neka tvar A u dvije tekućine koje se meñusobno ne miješaju, ona se razdijeli u dvije tekuće faze pričemu se uspostavi ravnoteža: A (faza 1) A (faza 2) Konstanta ravnoteže dana je izrazom: K = [A] (faza2) [A] (faza1) Odnos se naziva Nernstovim zakonom razdjeljenja (W.H. Nernst) koji kaže da je omjer koncentracija tvari koja je razdijeljena u dvije faze pri odreñenoj temperaturi stalan. Konstanta ravnoteže naziva se i koeficijentom razdjeljenja. Nernstov zakon vrijedi ako je molekulsko stanje otopljene tvari u obje faze isto. Primjer: ekstrakcija vodene otopine joda pomoću kloroforma I 2 I 2 (H 2 O) (CHCl 3 ) [I 2 ] CHCl3 K = = 250 [I 2 ] H 2 O 5

Prilikom kemijskih reakcija može doći do oslobañanja i vezanja topline. Reakcije kod kojih se toplina oslobaña nazivaju se egzotermnim reakcijama, a one kod kojih se toplina veže (apsorbira) nazivaju se endotermnim reakcijama. Promjena temperature utječe na ravnotežu, odnosno vrijednost konstante ravnoteže. Povišenje temperature, prema Le Chatelierovom principu, pogoduje endotermnim reakcijama, što znači da se povišenjem temperature ravnoteža pomiče s lijeve prema desnoj strani jednadžbe kemijske reakcije. Obratno, egzotermnim reakcijama pogoduje sniženje temperature pri čemu se ravnoteža pomiče prema desnoj strani, odnosno nastajanju produkata. 6

Ravnoteže u otopinama elektrolita Pri otapanju elektrolita u vodi dolazi do disocijacije. Pri tome, jaki elektroliti potpuno disociraju: BA(aq) B + (aq) + A (aq). U slučaju slabih elektrolita dolazi samo do djelomične disocijacije i postoji ravnoteža izmeñu nedisociranih molekula BA i hidratiziranih iona B + i A : BA(aq) B + (aq) + A (aq). Za navedenu reakciju disocijacije BA B + + A izraz za konstantu ravnoteže iznosi: K c = [B+ ] [A ] [BA] Konstanta ravnoteže K c naziva se u ovom slučaju konstanta disocijacije. Što je njezina brojčana vrijednost veća to je veća koncentracija iona u odnosu na koncentraciju nedisocirane molekule u otopini. To znači da je vrijednost konstante disocijacije i mjera za jakost elektrolita. 7

Ravnoteže u otopinama kiselina i baza Poznato je da voda vrlo slabo disocira na ione i učistoj vodi i u vodenim otopinama postoji ravnoteža ionizacije: H 2 O(l) + H 2 O(l) H 3 O + (aq) + OH (aq) ili kraće: H 2 O(l) H + (aq) + OH (aq) Konstanta ravnoteže naziva se ionski produkt vode i dana je izrazom: [H + ] [ OH ] = K w = 10 1 4 mol 2 dm 6 (pri 25 o C). Navedena vrijednost vrijedi pri temperaturi 25 o C, dok je pri nižim temperaturama manja, a pri višim temperaturama veća od te vrijednosti. Iz prijašnje navedenog izraza slijedi da koncentracije vodikovih i hidroksidnih iona iznose: K [H + w K ] = [OH w ] = [ OH ] [ H+ ] Kako se voda ionizira na jednaki broj vodikovih i hidroksidnih iona, to je i njihova koncentracija jednaka i pri 25 o C iznosi: [H + ] = [ OH ] = 14 2 6 10 mol dm = 10 7 mol dm 3. Zbog jednake koncentracije vodikovih i hidroksidnih iona čista voda je neutralna. Isto tako je i neutralna bilo koja druga otopina koja ima istu koncentraciju tih iona. 8

Ako je koncentracija vodikovih iona veća od 10 7 mol dm 3 tada je otopina kisela. Obratno, ako je koncentracija vodikovih iona manja od 10 7 mol dm 3 tada je otopina lužnata. neutralna otopina [H + ] = [ OH ] = 10 7 mol dm 3 kisela otopina lužnata otopina [H + ] > 10 7 mol dm 3 ; [ OH ] < 10 7 mol dm 3 [H + ] < 10 7 mol dm 3 ; [OH ] > 10 7 mol dm 3 Koncentracija vodikovih iona služi kao mjera za kiselost i lužnatost otopina. Da se vrijednost koncentracije vodikovih iona ne mora izražavati takvom visokom negativnom potencijom, danski kemičar P. L. Sørensen je predložio da se izražava samo negativnim eksponentom potencije, tzv. eksponentom ili potencijom vodikovih iona ph. ph = - log ([H + ] / mol dm 3 ); [H + ] = 10 ph poh = - log ([OH ] / mol dm 3 ); [OH ] = 10 poh [H + ] [ OH ] = 10 1 4 mol 2 dm 6 ; ph + poh = 14 9

Danas je ph definiran elektromotornom silom odgovarajućeg članka i standardnim puferima, tj. ph je definiran postupkom odreñivanja, odnosno mjerenja. ph vrijednost otopina obično ima vrijednosti izmeñu 0 i 14, no može biti i ph < 0 i ph > 14. neutralna otopina ph = 7 kisela otopina ph < 7 lužnata otopina ph > 7 10

Indikatori su tvari kojima se može odrediti da li je neka otopina kisela, lužnata ili neutralna. To su najčešće organske molekule velike molekulske mase, a po kemijskom sastavu su slabe kiseline ili baze. + H + - H + metiloranž kiselo lužnato neutralno Indikator: metiloranž 11

Za približno odreñivanje ph vrijednosti služe trake papira natopljene indikatorom (lakmus, univerzalni indikator itd.), a za njihovo precizno mjerenje ph metri. 12

U vodenim otopinama kiselina postoji sljedeća općenita ravnoteža: HA H + + A Konstanta ravnoteže dana je izrazom: K a = [H + ] [A ] [HA] Konstantu K a nazivamo konstantom disocijacije kiseline i mjera je jakosti kiseline. Što je vrijednost konstante disocijacije veća to je kiselina jača i obratno. Naime, što je vrijednost konstante veća, to je veća i koncentracija vodikovih iona u odnosu na koncentraciju nedoscirane kiseline u otopini, odnosno kiseline u molekulskom obliku. Prema vrijednostima konstante disocijacije, kiseline obično dijelimo na: vrlo slabe kiseline slabe kiseline jake kiseline K a 10 7 mol dm 3 10 7 mol dm 3 K a 10 2 mol dm 3 10 2 mol dm 3 K a 10 3 mol dm 3 vrlo jake kiseline K a > 10 3 mol dm 3. 13

Kiselina Reakcija disocijacije K a / mol dm 3 HClO 4 HClO 4 H + + ClO 4 oko 10 10 HCl HCl H + + Cl oko 10 3 H 2 SO 4 H 2 SO 4 H + + HSO 4 oko 10 3 HNO 3 HNO 3 H + + NO 3 oko 20 H 2 SO 3 H 2 SO 3 H + + HSO 3 1,43 10 2 H 3 PO 4 H 3 PO 4 H + + H 2 PO 4 1,1 10 3 HCOOH HCOOH HCOO + H + 1,77 10 4 CH 3 COOH CH 3 COOH CH 3 COO + H + 1,75 10 5 H 2 S H 2 S H + + HS 1,0 10 7 HCN HCN H + + CN 6,2 10 10 H 3 BO 3 H 3 BO 3 H + + H 2 BO 3 6 10 10 vrlo jake kiseline; jake kiseline; slabe kiseline; vrlo slabe kiseline Disocijacija poliprotonskih kiselina H 2 SO 4 H + + HSO 4 HSO 4 H + + SO 4 2 K a = oko 10 3 mol dm 3 K a = 2 10 2 mol dm 3 H 3 PO 4 H + + H 2 PO 4 K a = 1,1 10 2 mol dm 3 H 2 PO 4 H + + HPO 4 2 K a = 1,2 10 7 mol dm 3 HPO 4 2 H + + PO 4 3 K a = 1,8 10 12 mol dm 3 14

U vodenim otopinama baza postoji sljedeća općenita ravnoteža: B + H 2 O BH + + OH Konstanta ravnoteže dana je izrazom: K b = [BH + ] [OH ] [B] Konstantu K b nazivamo konstantom disocijacije baze. Što je vrijednost konstante disocijacije veća to je baza jača i obratno. Jake baze su svi hidroksidi alkalijskih i dio hidroksida zemnoalkalijskih metala, npr. NaOH, Ca(OH) 2, itd. Slabe baze su ostali metalni hidroksidi (npr. Fe(OH) 3 ) te amonijev hidroksid (NH 4 OH), s obzirom na vrijednost konstante disocijacije koja iznosi 1,79 10 5 mol dm 3. NH 3 (aq) + H 2 O NH 4+ (aq) + OH (aq) K b = [NH 4+ ] [OH ] [NH 3 ] = 1,79 10 5 mol dm 3. 15

Konstante disocijacije kiseline i baze povezane su i ovim izrazima kojima se iz poznate konstante disocijacije kiseline može izračunati konstanta disocijacije baze i obratno: K a K b = K w = 10 14 mol 2 dm 6 K a = K w Kb K b = K w Ka Puferske ili tamponske otopine Puferske ili tamponske otopine su otopine slabih kiselina i njenih soli i slabih baza i njenih soli koje neznatno mijenjaju ph dodatkom kiseline ili baze. Primjeri: kiseli pufer bazični pufer CH 3 COOH / CH 3 COONa NH 4 OH / NH 4 Cl važan primjer pufera u prirodi H 2 CO 3 / HCO 3 16

Računski dokaz da otopine neznatno mijenjaju ph dodatkom pufera: doda li se 1 ml otopine NaOH koncentracije c b = 1 mol dm 3 u 100 ml čiste vode ph vrijednost iznosit će 12. doda li se 1 ml otopine NaOH iste koncentracije (c b = 1 mol dm 3 ) u 100 ml puferske otopine koja sadrži octenu kiselinu koncentracije c a (CH 3 COOH) = 1 mol dm 3 i natrijev acetat koncentracije c s (CH 3 COONa) = 1 mol dm 3 ph će se promijeniti samo za 0,01 (4,74 4,75). Redoks ravnoteže Elektrokemija proučava sve kemijske reakcije u kojima dolazi do prijenosa elektrona (oksidacijsko-redukcijske promjene). Postoje 2 vrste elektrokemijskih ćelija: galvanski članak elektrolitički članak 17

Galvanski članak je ureñaj u kojem se energija kemijske reakcije (redoks-reakcije) pretvara u električnu energiju (članak služi kao izvor napona), a kemijske reakcije su spontane. Galvanski članak se sastoji od dvije različite elektrode uronjene u otopinu ili talinu svojih iona (elektrolita) koje su meñusobno odjeljene polupropusnom membranom. Ako se elektrode spoje doći će na elektrodama do reakcija oksidacije i redukcije. Galvanski polučlanak - jedna metalna elektroda uronjena u otopinu (talinu) elektrolita. A(-) K(+) Zn(s) Cu(s) Cu 2+ (aq) + Zn(s) Cu(s) + Zn 2+ (aq) 18

Elektrodni potencijal Elektroni, koji su negativno nabijeni, teže putovati prema područjima pozitivnog električnog potencijala i zato putuju od jedne elektrode prema drugoj u galvanskom članku. Izmeñu metala i otopine postoji polje odreñenog potencijala - elektrodni potencijal, ali je problem što se razlika potencijala na jednoj graničnoj površini metalotopina ne može mjeriti. Mjeriti se može razlika potencijala ( V) izmeñu dviju elektroda (dvaju polučlanaka). Ona je jednaka elektromotornoj sili ili skraćeno EMS (E MF ). Standardni elektrodni potencijal (E Ө ) se odreñuje mjerenjem razlike elektrodnog potencijala galvanskog članka u kojem je jedan polučlanak elektroda mjernog redoks sustava, a drugi polučlanak standardna vodikova elektroda (referentna elektroda). Standardna vodikova elektroda ima dogovorom elektrodni potencijal nula uz [H + ] = 1 mol dm 3 : E Θ (H + 1/2H 2 ) = 0,00 V. 19

Dogovorom je odreñeno i da se standardni elektrodni potencijal odnosi na redoks sustav napisan u obliku: oksidirani oblik/ reducirani oblik. Npr. E Θ = - 0,763 V. Zn 2+ /Zn Takoñer, dogovorom, galvanski članak se prikazuje sljedećom shemom: granica faza Zn(s) ZnSO 4 (aq) CuSO 4 (aq) Cu(s) anoda polupropusna membranaelektrolitski katoda ključ (KCl-agar) Elektrolitski ključ je ionski vodič čiji ioni ne sudjeluju u reakcijama na elektrodama. On uravnotežuje naboje u otopini i električki povezuju elektrode. Na katodi se u prikazanom elektrodnom sustavu zbiva redukcija, a na anodi oksidacija. Razlika elektrodnih potencijala elektromotorna sila članka (EMF) jednaka je razlici elektrodnih potencijala katode i anode: E Θ MF = E k - E a. 20

Zn(s) Zn 2+ (aq) Cu 2+ (aq) Cu(s) E Θ Zn 2+ /Zn = - 0,763 V anoda Zn(s) Zn 2+ (aq) + 2e E Θ = 0,340 V Cu 2+ /Cu katoda Cu 2+ (aq) + 2e Cu(s) red 1 oks 1 + 2e oks 2 + 2e red 2 red 1 + oks 2 oks 1 + red 2 Zn(s) + Cu 2+ (aq) Zn 2+ (aq) + Cu(s) E Θ MF = E k - E a = 0,340 - (- 0.763) = 1,103 V Što je standardni elektrodni potencijal (tzv. redoks potencijal) pozitivniji to je tvar jače oksidacijsko sredstvo, a što je negativniji to je jače redukcijsko sredstvo. Redoks polureakcije svrstane su u tzv. elektrokemijski niz ili Voltin niz (A. Volta) prema rastućim standardnim elektrodnim potencijalima. U tablici elektrokemijskog niza su sve polureakcije u polučlancima uvijek dogovorom napisane kao redukcija. 21

Standardni elektrodni potencijali pri 25 o C Najjače redukcijsko sredstvo Najjače oksidacijsko sredstvo Standardni elektrodni potencijali ovise o materijalu elektrode, efektivnoj koncentraciji iona u otopini i temperaturi. Primjena galvanskihčlanaka: baterije (ireverzibilni galvanskičlanci) akumulatori (reverzibilni galvanski članci). 22

Elektroliza Elektrolitski članak (elektrolitska ćelija) je ureñaj koji se sastoji od dviju elektroda uronjenih u elektrolit, a na elektrodama koje su priključene na izvor istosmjerne struje dolazi do reakcije oksidacije i redukcije elektrolize. Kemijske reakcije koje se odvijaju u elektrolitskom članku nisu spontane. Elektroliza razlaganje tvari pod utjecajem električne struje Galvanski članak Zn/Cu Spontani proces Daniellovčlanak Zn/Cu Elektrolitska ćelija Zn/Cu Nespontani proces Prisilni obrnuti proces (s narinutim naponom U > E MF članka) Oksidacija Redukcija Redukcija - Oksidacija + A(-) K (+) K(-) A(+) Zn se otapa Cu se taloži Zn se taloži Cu se otapa A(-): Zn(s) Zn 2+ (aq) + 2e K(+) : Cu 2+ (aq) +2e Cu(s) K(-): Zn 2+ (aq) + 2e Zn(s) A(+) : Cu(s) Cu 2+ (aq) + 2e 23

Na elektrodama uvijek dolazi do reakcije za koje je potrebna manja energija. Primjer: elektroliza vodene otopine natrijevog klorida uz grafitne elektrode (inertne). A(+) K(-) Ioni u otopini: Na +, Cl, H +, OH Ioni u otopini: Na +, Cl, H +, OH Moguće reakcije na katodi (-): Na + (aq) + e Na(s) 2H 2 O(l) + 2e H 2 (g) + 2OH (aq) E Θ E Θ = - 2,71 V = - 0,83 V Moguće reakcije na anodi (+): 2Cl (aq) Cl 2 (g) + 2e 4OH (aq) O 2 (g) + 2H 2 O + 4e E Θ E Θ = + 1,36 V = + 0,40 V K(-): 2H 2 O(l) + 2e H 2 (g) + 2OH (aq) A(+): 2Cl (aq) Cl 2 (g) + 2e 24

Svi metali koji se u elektrokemijskom nizu nalaze iznad vodika, tj. imaju E Θ < 0, dobivaju se isključivo elektrolizom talina njihovih soli: Li, Na, K..., Be, Ca, Mg, Al itd. Produkti elektrolize vodene otopine NaCl: K(-): 2H 2 O(l) + 2e H 2 (g) + 2OH (aq) A(+): 2Cl (aq) Cl 2 (g) + 2e Produkti elektrolize taline NaCl: K(-): 2Na + + 2e 2Na(s) A(+): 2Cl (aq) Cl 2 (g) + - 2e Prvi Faraday-ev zakon elektrolize Masa izlučene tvari na elektrodi pri procesu elektrolize proporcionalna je količini naboja (elektriciteta) koji je prošao kroz elektrolitsku ćeliju. m Q = I t; n = M m Q = n z F I t = M Q količina elektriciteta (C = A s) I t z jakost struje (A) vrijeme elektrolize (s) F z broj elektrona primljen ili otpušten na elektrodi potreban da bi se izlučio 1 mol tvari Primjer: 4OH (aq) O 2 (g) + 2H 2 O(l) + 4e ; z = 4 m = M 25

F, Faradayeva konstanta, predstavlja količinu naboja koja je sadržana u 1 molu elektrona. = množina elektriciteta koju prenosi 1 mol elektrona F = N A e = 6,022 10 23 mol 1 1,6022 10 19 C = 96 485 C mol 1. Drugi Faraday-ev zakon elektrolize Jednaka količina elektriciteta izluči mase različitih tvari u omjeru molekulskih masa njihovih ekvivalentnih jedinki. Uz jednake količine elektriciteta prilikom elektrolize dvaju serijski spojenih elektrolitskih ćelija različitih tvari vrijedi: Q 1 = Q 2 n 1 z 1 F = n 2 z 2 F n 1 z 1 = n 2 z 2 Tada je omjer masa izlučenih tvari jednak omjeru ekvivalentnih masa (M/z) tih tvari, tj. m 1 : m 2 = M 1 / z 1 : M 2 / z 2. 26