SADRŽAJ PREDMETA PREDAVANJA ~ PRINCIPI HEMIJSKE RAVNOTEŽE ~ KISELINE, BAZE I SOLI RAVNOTEŽA U VODENIM RASTVORIMA ~ RAVNOTEŽA U HETEROGENIM SISTEMIMA SLABO RASTVORLJIVA JEDINJENJA ~ KOORDINACIONA JEDINJENJA ~ REAKCIJE OKSIDO REDUKCIJE ~ HEMIJA ELEMENATA
Arenijus teorija elektrolitičke disocijacije Kiselina je je supstanca koja koja sadrži vodonik i i u vodenom rastvoru daje daje H + + jon jon HCl(aq) H 2 O H + (aq) + Cl (aq) Baza Baza je je supstanca koja koja sadrži OH grupu i i u vodenom rastvoru daje daje hidroksid jon, OH OH jon jon NaOH(s) H 2 O Na + (aq) + OH (aq) Problem: kiselo bazna svojstva nevodenih rastvora; nastajanje H + i OH jona bez disocijacije
Brenšted Lorijeva definicija protolitička teorija i Kiselina je je supstanca koja koja se se ponaša kao kao donor protona (H (H + + jona) H + HCl(aq) + H 2 O H + HA(aq) + H 2 O H 3 O + (aq) + Cl (aq) H 3 O + (aq) + A (aq) Baza Baza je je supstanca koja koja se se ponaša kao kao akceptor protona (H (H + + jona) H + NH 3 (aq) + H 2 O H + B(aq) + H 2 O NH 4+ (aq) + OH (aq) BH + (aq) + OH (aq)
Brenšted Lorijeva definicija protolitička teorija i U reakciji između kiseline i i baze baze dolazi do do prelaska protona sa sa kiseline na na bazu bazu HA(aq) + B(aq) BH + (aq) + A (aq) H + Reakcije između i nisu ograničene na vodenu fazu H + HCl(g) + NH 3 (g) NH 4 Cl(s)
Brenšted Lorijeva definicija protolitička teorija i Konjugovana ; konjugovana Kada Kada se se ukloni proton sa sa neke neke kiseline supstanca koja koja ostaje se se naziva konjugovana H + HCl(aq) + H 2 O H 3 O + (aq) + Cl (aq) konjugovana Kada Kada se se proton veže veže za za neku neku bazu bazu supstanca koja koja nastaje se se naziva konjugovana H + NH 3 (aq) + H 2 O NH 4+ (aq) + OH (aq) konjugovana
Brenšted Lorijeva definicija protolitička teorija i Konjugovana ; konjugovana H + HA(aq) + B(aq) BH + (aq) + A (aq) konjugovana konjugovana H + HCl(aq) + NH 3 (aq) NH 4+ (aq) + Cl (aq) konjugovana konjugovana
Brenšted Lorijeva definicija protolitička teorija i Dovršiti sledeće jednačine H + HNO 3 (aq) + H 2 O(aq) NO 3 (aq) + H 3 O + (aq) konjugovana konjugovana H + HSO 4 (aq) + H 2 O(aq) SO 4 2 (aq) + H 3 O + (aq) konjugovana konjugovana H + H 3 O + (aq) + F (aq) H 2 O(aq) + HF(aq) konjugovana konjugovana
Brenšted Lorijeva definicija protolitička teorija i Konjugovana ; konjugovana H + + H + Kiselina Njena konjugovana Baza Njena konjugovana HCl CH 3 COOH HSO 4 NH 4 + H 2 O Cl NH 3 CH 3 COO Br SO 2 4 S 2 NH 4 + HBr HS NH 3 CH 3 NH 2 CH 3 NH + 3 OH H 2 O H 3 O +
Brenšted Lorijeva definicija protolitička teorija i Amfolit (amfoterna supstanca) Supstanca koja koja može da da se se ponaša i i kao kao donor i i kao kao akceptor protona naziva se se amfolit H + HCl(aq) + H 2 O H 3 O + (aq) + Cl (aq) voda se ponaša kao amfolit H + NH 3 (aq) + H 2 O NH 4+ (aq) + OH (aq)
Amfolit (amfoterna supstanca) Primer: Dovršiti sledeće jednačine H + HCN(aq) + H 2 O H 3 O + (aq) + CN (aq) H + HBr(aq) + H 2 O H 3 O + (aq) + Br (aq) H + CH 3 NH 2 (aq) + H 2 O H + (CH 3 ) 2 NH(aq) + H 2 O CH 3 NH 3+ (aq) + OH (aq) (CH 3 ) 2 NH 2+ (aq) + OH (aq)
Jonski proizvod vode (autojonizacija vode) Autojonizacija vode H 2 O + H 2 O K c = [H 3 O + ][OH ] [H 2 O] 2 H 3 O + (aq) + OH (aq) [H 2 O] = const K c [H 2 O] 2 = const = [H 3 O + ][OH ]= 1,0 10 14 mol 2 dm 6 H 2 O K c = H + (aq) + OH (aq) [H + ][OH ] [H 2 O] na 25 o C [H 2 O] = const K c [H 2 O] = const = [H + ][OH ]= 1,0 10 14 mol 2 dm 6 na 25 o C
Jonski proizvod vode (autojonizacija vode) Autojonizacija vode H 2 O H + (aq) + OH (aq) K w = [H + ][OH ]= 1,0 10 14 mol 2 dm 6 K w = [H + ][OH ]= 1,0 10 14 mol 2 dm 6 na 25 o C u čistoj vodi [H + ]= [OH ] neutralni rastvor dodatak kiseline [H + ]> [OH ] kiseli rastvor dodatak baze [H + ]< [OH ] bazni rastvor uvek je [H + ][OH ]= const = 1,0 10 14 mol 2 dm 6
Jonski proizvod vode (autojonizacija vode) Autojonizacija vode H 2 O H + (aq) + OH (aq) K w = [H + ][OH ]= const = 1,0 10 14 mol 2 dm 6 u čistoj vodi [H + ]= [OH ]= K w = 1 10 7 mol dm 3 na 25 o C Rastvor Opšti uslov Na 25 o C u mol dm 3 Neutralni [H + ]=[OH ] [H + ]= 1,0 10 7 [OH ]= 1,0 10 7 Kiseli [H + ]>[OH ] [H + ]> 1,0 10 7 [OH ]< 1,0 10 7 Bazni [H + ]<[OH ] [H + ]< 1,0 10 7 [OH ]> 1,0 10 7 uvek je [H + ][OH ]= const = 1,0 10 14 mol 2 dm 6 na 25 o C
Jonski proizvod vode (autojonizacija vode) Vrednost K w zavisi od temperature Temperatura, o C K w, mol 2 dm 6 10 0,29 10 14 15 0,45 10 14 25 1,00 10 14 37 2,42 10 14 60 9,60 10 14 100 47,60 10 14
ph skala Pogodan način za izražavanje kiselosti (baznosti) rastvora je korišćenje logaritama koncentracija ph = log[h + ] [H + ]= 1 10 4 mol dm 3 ph = 4 ph se menja za 1 10 puta veća koncentracija [H + ]= 1 10 3 mol dm 3 ph = 3 ph se menja za 2 ph opada kako je rastvor kiseliji 100 puta veća koncentracija [H + ]= 1 10 2 mol dm 3 ph = 2
ph skala Rastvor Opšti uslov Na 25 o C u mol dm 3 Neutralni [H + ]=[OH ] ph = 7 [H + ]= 1,0 10 7 [OH ]= 1,0 10 7 Kiseli [H + ]>[OH ] ph < 7 [H + ]> 1,0 10 7 [OH ]< 1,0 10 7 Bazni [H + ]<[OH ] ph > 7 [H + ]< 1,0 10 7 [OH ]> 1,0 10 7 1 M HCl stomačna sok limuna sirće mleko čista voda krv morska voda izbeljivač za veš 1 M NaOH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 raste kiselost neutralna sredina raste baznost
ph skala merenje ph ph - metar Indikatorski papir
Jake i slabe kiseline i baze Primer jake kiseline: HCl je potpuno jonizovana u vodenom rastvoru HCl(aq) + H 2 O H 3 O + (aq) + Cl (aq) Primer slabe kiseline: HF je delimično jonizovana u vodenom rastvoru Uopšteno: HF(aq) + H 2 O H 3 O + (aq) + F (aq) HA(aq) + H 2 O H 3 O + (aq) + A (aq)
Jake i slabe kiseline i baze Uopšteno: HA(aq) + H 2 O H 3 O + (aq) + A (aq) Jaka Slaba H 2 O H 2 O HA H 3 O + A HA HA H 3 O + A
Jake i slabe kiseline i baze Isto se odnosi i na rastvore Primer jake baze: H NaOH(s) 2 O Na + (aq) + OH (aq) Primer slabe baze: NH 3 (aq) + H 2 O NH 4+ (aq) + OH (aq) Uobičajene jake kiseline i baze Kiselina Naziv kiseline Baza Naziv baze HCl hlorovodonična LiOH litijum-hidroksid HBr bromovodonična NaOH natrijum-hidroksid HI jodovodonična KOH kalijum-hidroksid HNO 3 azotna Ca(OH) 2 kalcijum-hidroksid HClO 4 perhlorna Sr(OH) 2 stroncijum-hidroksid H 2 SO 4 sumporna Ba(OH) 2 barijum-hidroksid
ph u rastvoru jake kiseline i jake baze Jaka je potpuno jonizovana u vodenom rastvoru HCl(aq) + H 2 O H 3 O + (aq) + Cl (aq) HA H 2 O H 3 O + A Koncentracija H + -jona je praktično jednaka koncentraciji kiseline [H + ]= c(hcl) Jaka je potpuno disosovana u vodenom rastvoru H NaOH(s) 2 O Na + (aq) + OH (aq) Koncentracija OH jona je praktično jednaka koncentraciji baze [OH ]= c(naoh)
ph u rastvoru jake kiseline i jake baze Primer: Izračunati ph u rastvoru a) koji sadrži 2,0 g HNO 3 u 1,0 dm 3 rastvora b) koji sadrži NaOH i ima koncentraciju 0,10 mol dm 3 a) c = n(hno 3 ) V = m(hno 3 ) M(HNO 3 ) V = 2,0 g = 3,17 10 2 mol dm 3 63,01 g mol 1 1,0 dm 3 HNO 3 (aq) H + (aq) + NO 3 (aq) jaka : [H + ]= c(hno 3 ) = 3,17 10 2 mol dm 3 ph= log[h + ] = 1,50 b) H NaOH(s) 2 O Na + (aq) + OH (aq) jaka : [OH ]= c(naoh) = 0,10 mol dm 3 poh = log[oh ] = 1,00 ph = 14 poh = 13,00
Ravnoteža u rastvorima (slabih) Većina spada u slabe kiseline HA(aq) + H 2 O H 3 O + (aq) + A (aq) H 2 O HA HA H 3 O + A vrlo malo molekula kiseline jonizuje
Ravnoteža u rastvorima (slabih) ili HA(aq) + H 2 O H 3 O + (aq) + A (aq) HA(aq) H + (aq) + A (aq) K a = [H + ][A ] [HA] konstanta jonizacije kiseline
Ravnoteža u rastvorima (slabih) K a = [H + ][A ] [HA] konstanta jonizacije kiseline
Ravnoteža u rastvorima (slabih) HA(aq) H + (aq) + A (aq) K a = [H + ][A ] [HA] hlorovodonična HCl H + + Cl azotasta HNO 2 H + + NO 2 K a = [H+ ][NO 2 ] [HNO 2 ] sirćetna CH 3 COOH H + + CH 3 COO hipohlorasta K a = [H+ ][CH 3 COO ] [CH 3 COOH] HClO H + + ClO K a = [H+ ][ClO ] [HClO] K a vrlo veliko = 6,0 10 4 mol dm 3 = 1,8 10 5 mol dm 3 = 2,8 10 8 mol dm 3 opada K a ; opada jačina
KISELINE I BAZE Ravnoteža u rastvorima (slabih) HA(aq) H + (aq) + A (aq) K a = [H + ][A ] [HA] azotasta sirćetna hipohlorasta pk pk a = logk a K a = [H+ ][NO 2 ] [HNO 2 ] K a = [H+ ][CH 3 COO ] [CH 3 COOH] K a = [H+ ][ClO ] [HClO] = 6,0 10 4 mol dm 3 = 1,8 10 5 mol dm 3 = 2,8 10 8 mol dm 3 pk a = 3,22 pk a = 4,74 pk a = 7,55 opada K a ; opada jačina rasre pk a
Ravnoteža u rastvorima (slabih) HA(aq) H + (aq) + A (aq) H 2 O [HA] o HA H 3 O + A na početku ravnotežno Stepen jonizacije, α: α = [H+ ] [HA] 0 Procenat jonizacije: % jonizacije = [H+ ] [HA] 0 100
Ravnoteža u rastvorima (slabih) Izračunavanje K a slabe kiseline na osnovu vrednosti ph rastvora Aspirin (acetilsalicilna ) HC 9 H 7 O 4 koncentracije 0,0200 mol dm 3 ph izmeren u rastvoru aspirina date koncentracije 2,60 HC 9 H 7 O 4 H + + C 9 H 7 O 4 K a = [H+ ][C 9 H 7 O 4 ] [HC 9 H 7 O 4 ] TABELA RAVNOTEŽE HC 9 H 7 O 4 H + + C 9 H 7 O 4 početna koncentracija, [ ] o 0,0200 0,00 0,00 promena koncentracije, [ ]??? ravnotežna koncentracija, [ ] r??? Na osnovu ph izračunava se ravnotežna koncentracija H + jona [H + ]= 10 ph = 0,0025 mol dm 3
Ravnoteža u rastvorima (slabih) Izračunavanje K a slabe kiseline na osnovu vrednosti ph rastvora Aspirin (acetilsalicilna ) HC 9 H 7 O 4 koncentracije 0,0200 mol dm 3 ph izmeren u rastvoru aspirina date koncentracije 2,60 HC 9 H 7 O 4 H + + C 9 H 7 O 4 K a = [H+ ][C 9 H 7 O 4 ] [HC 9 H 7 O 4 ] TABELA RAVNOTEŽE HC 9 H 7 O 4 H + + C 9 H 7 O 4 početna koncentracija, [ ] o 0,0200 0,00 0,00 promena koncentracije, [ ] 0,0025 + 0,0025 + 0,0025 ravnotežna koncentracija, [ ] 0,0025 r Promena koncentracije H + - jona: [H + ] = 0,0025 mol dm 3 Stehiometrijski odnosi: [HC 9 H 7 O 4 ]= [C 9 H 7 O 4 ]= [H + ] = 0,0025 mol dm 3
Ravnoteža u rastvorima (slabih) Izračunavanje K a slabe kiseline na osnovu vrednosti ph rastvora Aspirin (acetilsalicilna ) HC 9 H 7 O 4 koncentracije 0,0200 mol dm 3 ph izmeren u rastvoru aspirina date koncentracije 2,60 HC 9 H 7 O 4 H + + C 9 H 7 O 4 K a = [H+ ][C 9 H 7 O 4 ] [HC 9 H 7 O 4 ] TABELA RAVNOTEŽE HC 9 H 7 O 4 H + + C 9 H 7 O 4 početna koncentracija, [ ] o 0,0200 0,00 0,00 promena koncentracije, [ ] 0,0025 + 0,0025 + 0,0025 ravnotežna koncentracija, [ ] 0,0175 0,0025 0,0025 r Mogu se izračunati sve ravnotežne koncentracije
Ravnoteža u rastvorima (slabih) Izračunavanje K a slabe kiseline na osnovu vrednosti ph rastvora Aspirin (acetilsalicilna ) HC 9 H 7 O 4 koncentracije 0,0200 mol dm 3 ph izmeren u rastvoru aspirina date koncentracije 2,60 HC 9 H 7 O 4 H + + C 9 H 7 O 4 K a = [H+ ][C 9 H 7 O 4 ] [HC 9 H 7 O 4 ] TABELA RAVNOTEŽE HC 9 H 7 O 4 H + + C 9 H 7 O 4 početna koncentracija, [ ] o 0,020 0,00 0,00 promena koncentracije, [ ] 0,0025 + 0,0025 + 0,0025 ravnotežna koncentracija, [ ] 0,0175 r 0,0025 0,0025 K a = [H+ ][C 9 H 7 O 4 ] [HC 9 H 7 O 4 ] = 0,0025 0,0025 0,0175 = 3,6 10 4 mol dm 3
Ravnoteža u rastvorima (slabih) Izračunavanje ph u rastvoru slabe kiseline Izračunati ph u rastvoru sirćetne kiseline koncentracije 0,10 mol dm 3 CH 3 COOH H + + CH 3 COO K a = [H+ ][CH 3 COO ] [CH 3 COOH] = 1,8 10 5 mol dm 3 TABELA RAVNOTEŽE CH 3 COOH H + + CH 3 COO početna koncentracija, [ ] o 0,010 0,00 0,00 promena koncentracije, [ ]??? ravnotežna koncentracija, [ ] r???
Ravnoteža u rastvorima (slabih) Izračunavanje ph u rastvoru slabe kiseline Izračunati ph u rastvoru sirćetne kiseline koncentracije 0,10 mol dm 3 CH 3 COOH H + + CH 3 COO K a = [H+ ][CH 3 COO ] TABELA RAVNOTEŽE [CH 3 COOH] = 1,8 10 5 mol dm 3 CH 3 COOH H + + CH 3 COO početna koncentracija, [ ] o 0,10 0,00 0,00 promena koncentracije, [ ] x + x + x ravnotežna koncentracija, [ ] r 0,10 x x x K a = [H+ ][CH 3 COO ] [CH 3 COOH] = x x 0,10 x = 1,8 10 5 mol dm 3 Aproksimacija: [CH 3 COOH] r = 0,10 x 0,10 mol dm 3 = [CH 3 COOH] o
Ravnoteža u rastvorima (slabih) Izračunavanje ph u rastvoru slabe kiseline Izračunati ph u rastvoru sirćetne kiseline koncentracije 0,10 mol dm 3 CH 3 COOH H + + CH 3 COO K a = [H+ ][CH 3 COO ] TABELA RAVNOTEŽE [CH 3 COOH] = 1,8 10 5 mol dm 3 CH 3 COOH H + + CH 3 COO početna koncentracija, [ ] o 0,10 0,00 0,00 promena koncentracije, [ ] x + x + x ravnotežna koncentracija, [ ] r 0,10 x x x K a = [H+ ][CH 3 COO ] [CH 3 COOH] = x 2 0,10 = 1,8 10 5 mol dm 3 x = [H + ]= 0,10 1,8 10 5 = 1,3 10 3 mol dm 3 ph = 2,89
Ravnoteža u rastvorima (slabih) Izračunavanje ph u rastvoru slabe kiseline Izračunati ph u rastvoru sirćetne kiseline koncentracije 0,10 mol dm 3 CH 3 COOH H + + CH 3 COO K a = [H+ ][CH 3 COO ] [CH 3 COOH] = x x 0,10 x = 1,8 10 5 mol dm 3 Aproksimacija: [CH 3 COOH] r = 0,10 x 0,10 mol dm 3 = [CH 3 COOH] o [H + ] = 1,3 10 3 mol dm 3 [H + ] [CH 3 COOH] o = 1,3 10 3 0,10 stepen jonizacije : α = 0,013 = 1,3 % = 0,013 Aproksimacija je uvek opravdana kada je α < 5% Sreće se i stroži uslov α < 2 %
Ravnoteža u rastvorima (slabih) Izračunavanje ph u rastvoru slabe kiseline Izračunati ph u rastvoru sirćetne kiseline koncentracije 0,10 mol dm 3 CH 3 COOH H + + CH 3 COO K a = [H+ ][CH 3 COO ] [CH 3 COOH] = x x 0,10 x = 1,8 10 5 mol dm 3 Aproksimacija: [CH 3 COOH] r = 0,10 x 0,10 mol dm 3 = [CH 3 COOH] o K a = [H+ ][CH 3 COO ] [CH 3 COOH] = x 2 0,10 = [H + ] 2 [CH 3 COOH] o x = [H + ]= K a [CH 3 COOH] o Uopšteno: [H + ]= K a [HA] o Za α < 5% (odnosno 2%)
Ravnoteža u rastvorima (slabih) HA(aq) H + (aq) + A (aq) Poređenje nekih [H + ]= K a [HA] o Kiselina (0,10 mol dm 3 ) K a, mol dm 3 [H + ], mol dm 3 ph α, % HCl velika 0,10 1,00 ~ 100 CH 3 COOH 1,8 10 5 0,0013 2,89 1,3 HClO 2,8 10 8 0,000059 4,23 0,059
Ravnoteža u rastvorima (slabih) HA(aq) H + (aq) + A (aq) [H + ]= K a [HA] o α = [H + ] [HA] 0 [H + ]= α [HA] o α 2 [HA] o 2 = K a [HA] o α = K a [HA] o
Višebazne (poliprotonske) slabe kiseline Opšta formula: H 2 A ili H 3 A Jonizuju u više stupnjeva Oksalna HOOC COOH H 2 C 2 O 4 (aq) H + (aq) + HC 2 O 4 (aq) K a1 = 5,9 10 2 HC 2 O 4 (aq) H + (aq) + C 2 O 4 2 (aq) K a2 = 5,2 10 5 K a2 < K a1 U svakom narednom stupnju jonizacija je sve slabija
Višebazne (poliprotonske) slabe kiseline Opšta formula: H 2 A ili H 3 A Jonizuju u više stupnjeva Fosforna H 3 PO 4 H 3 PO 4 (aq) H + (aq) + H 2 PO 4 (aq) K a1 = 7,1 10 3 H 2 PO 4 aq) H + (aq) + HPO 4 2 (aq) K a2 = 6,2 10 8 HPO 4 2 (aq) H + (aq) + PO 4 3 (aq) K a3 = 4,5 10 13 K a3 < K a2 < K a1 U svakom narednom stupnju jonizacija je sve slabija teže je ukloniti H + sa anjona
Višebazne (poliprotonske) slabe kiseline Opšta formula: H 2 A ili H 3 A Konstante jonizacije za neke slabe višebazne kiseline Kiselina Formula K a1 K a2 K a3 Ugljena H 2 CO 3 4,4 10 7 4,7 10 11 Oksalna H 2 C 2 O 4 5,9 10 2 5,2 10 5 Fosforna H 3 PO 4 7,1 10 3 6,2 10 8 4,5 10 13 Sumporasta H 2 SO 3 1,7 10 2 6,0 10 8 K a se u narednom stupnju smanjuje najmanje 100 puta Za izračunavanje ph može se koristiti samo prvi stupanj jonizacije
Jake i slabe baze Primer jake baze: H NaOH(s) 2 O Na + (aq) + OH (aq) Primer slabe baze: NH 3 (aq) + H 2 O NH 4+ (aq) + OH (aq) Po Brenšted-Lorijevoj teoriji H + B(aq) + H 2 O BH + (aq) + OH (aq) U rastvoru jake baze NaOH: H + OH (aq) + H 2 O(aq) H 2 O(aq) + OH (aq)
Jake i slabe kiseline i baze Primer jake baze: H NaOH(s) 2 O Na + (aq) + OH (aq) Primer slabe baze: NH 3 (aq) + H 2 O NH 4+ (aq) + OH (aq) Uobičajene jake kiseline i baze Kiselina Naziv kiseline Baza Naziv baze HCl hlorovodonična LiOH litijum-hidroksid HBr bromovodonična NaOH natrijum-hidroksid HI jodovodonična KOH kalijum-hidroksid HNO 3 azotna Ca(OH) 2 kalcijum-hidroksid HClO 4 perhlorna Sr(OH) 2 stroncijum-hidroksid H 2 SO 4 sumporna Ba(OH) 2 barijum-hidroksid
Ravnoteža u rastvorima slabih B(aq) + H 2 O BH + (aq) + OH (aq) K b = [BH + ][OH ] [B] konstanta (jonizacije) baze NH 3 (aq) + H 2 O NH 4+ (aq) + OH (aq) K b = [NH 4+ ][OH ] [NH 3 ] = 1,8 10 5 mol dm 3 pk b = 4,74 Manja vrednost konstante jonizacije pokazuje da je slabija
Ravnoteža u rastvorima slabih B(aq) + H 2 O BH + (aq) + OH (aq) H 2 O [B] o na početku B BH + OH ravnotežno Stepen jonizacije, α: α = [OH ] [B] o Procenat jonizacije: % jonizacije = [OH ] [B] o 100
Ravnoteža u rastvorima slabih B(aq) + H 2 O BH + (aq) + OH (aq) K b = [BH + ][OH ] [B] Izračunavanje koncentracije OH -jona u rastvorima slabih [OH ]= K b [B] o Za α < 5% (odnosno 2%) Izračunavanje stepena jonizacije slabe baze α = K b [B] o Za α < 5% (odnosno 2%)
Ravnoteža u rastvorima slabih i promene u okruženju - promena koncentracije H + -jona HA(aq) H + (aq) + A (aq) -dodatak jače kiseline dovodi do povećanja koncentracije HA HA(aq) H + (aq) + A (aq) -dodatak slabije kiseline dovodi do smanjenja koncentracije HA HA(aq) H + (aq) + A (aq) -dodatak baze dovodi do smanjenja koncentracije HA HA(aq) H + (aq) + A (aq)
Ravnoteža u rastvorima slabih i promene u okruženju - promena koncentracije A -jona -dodatak soli MA HA(aq) H + (aq) + A (aq) MA(s) M + (aq) + A (aq) istoimeni anjon uticaj zajedničkog jona Dolazi do povećanja koncentracije HA (suzbijanja jonizacije) Primer: CH 3 COOH(aq) H + + CH 3 COO (aq) istoimeni anjon CH 3 COONa(aq) Na + (aq) + CH 3 COO (aq) Dodatak natrijum-acetata rastvoru sirćetne kiseline dovodi do povećanja ph-vrednosti rastvora
Ravnoteža u rastvorima slabih i promene u okruženju - promena koncentracije A -jona -dodatak soli MA U20cm 3 rastvora sirćetne kiseline koncentracije 1,0 mol dm 3 dodato je 3,0 g olovo(ii)-acetata na 25 ºC. Izračunati ph-vrednost dobijenog rastvora. ph = 4,71 Podsećanje na zadatak: Izračunavanje ph u rastvoru slabe kiseline TABELA RAVNOTEŽE CH 3 COOH H + + CH 3 COO početna koncentracija, [ ] o 1,0 0,00 0,00 promena koncentracije, [ ]??? ravnotežna koncentracija, [ ] r??? Nije 0, jer su prisutni acetatni joni nastali disocijacijom olovo(ii)-acetata
Podsećanje: jaka istiskuje slabu kiselinu iz njene soli Isto se odnosi i na slabe/jake baze CH 3 COONa(s) Na + (aq) + CH 3 COO (aq) + HCl(aq) H + (aq) + Cl (aq) CH 3 COOH(aq) H + (aq) + CH 3 COO (aq) Nastaće slaba CH 3 COOH, u rastvoru ostaju joni Na + i Cl (so NaCl)
Konjugovane baze i kiseline Uopšteno HF(aq) + H 2 O H 3 O + (aq) + F (aq) konjugovana HA(aq) + H 2 O H 3 O + (aq) + A (aq) konjugovana A se ponaša kao (anjonska )
Konjugovane baze i kiseline NH 3 (aq) + H 2 O NH 4+ (aq) + OH (aq) konjugovana Uopšteno B(aq) + H 2 O BH + (aq) + OH (aq) konjugovana BH + se ponaša kao (katjonska )
Konjugovane baze i kiseline; Veza između K a i K b HA(aq) + H 2 O H 3 O + (aq) + A (aq) konjugovana poznato K a kloliko je K b konjugovane baze? ili B(aq) + H 2 O BH + (aq) + OH (aq) konjugovana poznato K b kloliko je K a konjugovane kiseline?
Konjugovane baze i kiseline; Veza između K a i K b HA(aq) H + (aq) + A (aq) + A (aq) + H 2 O HA(aq) + OH (aq) K a = K b = [H + ][A ] [HA] [HA][OH ] [A ] H 2 O H + (aq) + OH (aq) K w K a K b = K w za HA (kiselinu) za A (ogovarajuću konjugovanu bazu)
Konjugovane baze i kiseline; Veza između K a i K b Odnos konstante jonizacije slabe kislieline i njene konjugovane baze K b = K w K a HA(aq) H + (aq) + A (aq) konjugovana Jaka (veliko K a ) Slaba konjugovana (malo K b ) Slaba (malo K a ) Jaka konjugovana (veliko K b )
Konjugovane baze i kiseline; Veza između K a i K b Izračunati konstantu jonizacije anjonske baze CN H + CN (aq) + H 2 O HCN(aq) + OH (aq) K b = K w K a K b (CN ) = [HCN][OH ] [CN ] = K w K a (HCN) = 1 10 14 4,0 10 10 = 2,5 10 5
Konjugovane baze i kiseline; Veza između K a i K b raste jačina Konjugovana K a Konjugovana K b HClO 4 velika ClO 4 mala HCl velika Cl mala HNO 3 velika NO 3 mala H 3 O + H 2 O HF 6,9 10 4 F 1,4 10 11 CH 3 COOH 1,8 10 5 CH 3 COO 5,6 10 10 [Al(H 2 O) 6 ] 3+ 1,4 10 5 [Al(H 2 O) 6 (OH)] 2+ 7,1 10 10 H 2 CO 3 4,4 10 10 HCO 3 3,3 10 8 HClO 2,8 10 8 ClO 3,6 10 7 NH 4 + 5,6 10 10 NH 3 1,8 10 5 HCO 3 4,7 10 11 CO 3 2 2,1 10 4 H 2 O OH C 2 H 5 OH mala C 2 H 5 O velika OH mala O 2 velika H 2 mala H velika raste jačina
Konjugovane baze i kiseline; Veza između K a i K b raste jačina Konjugovana K a Konjugovana K b HClO 4 velika ClO 4 mala HCl velika Cl mala HNO 3 velika NO 3 mala H 3 O + 1 H 2 O 1 10 14 HF 6,9 10 4 F 1,4 10 11 CH 3 COOH 1,8 10 5 CH 3 COO 5,6 10 10 [Al(H 2 O) 6 ] 3+ 1,4 10 5 [Al(H 2 O) 6 (OH)] 2+ 7,1 10 10 H 2 CO 3 4,4 10 10 HCO 3 3,3 10 8 HClO 2,8 10 8 ClO 3,6 10 7 NH 4 + 5,6 10 10 NH 3 1,8 10 5 HCO 3 4,7 10 11 CO 3 2 2,1 10 4 H 2 O 1 10 14 OH 1 C 2 H 5 OH mala C 2 H 5 O velika OH mala O 2 velika H 2 mala H velika raste jačina
Ravnoteža u rastvorima soli: hidroliza soli So je jonska čvrsta supstanca koja sadrži ma koji katjon izuzev H + -jona i ma koji anjon izuzev OH -i O 2 -jona U vodi disosuju na katjon i anjon H 2 O NaCl(s) Na + (aq) + Cl (aq) H K 2 CO 3 (s) 2 O 2 K + (aq) + CO 2 3 (aq) H Al(NO 3 ) 3 (s) 2 O Al 3+ (aq) + 3 NO 3 (aq) Katjoni se mogu ponašati kao kiseline hidroliza Anjoni se mogu ponašati kao baze Vodeni rastvori soli mogu biti neutralni, kiseli ili bazni
Ravnoteža u rastvorima soli: hidroliza soli Katjon kao H + NH 4+ (aq) + H 2 O NH 3 (aq) + H 3 O + (aq) K a = K h = [H 3 O+ ][NH 3 ] [NH 4+ ] = K w K b (NH 3 ) = 1 10 14 1,8 10 5 = 5,6 10 10 > 1,0 10 12 H + [Al(H 2 O) 6 ] 3+ + H 2 O [Al(H 2 O) 5 (OH)] 2+ + H 3 O + (aq) K a = K h = [[Al(H 2 O) 5 (OH)] 2+ ] [H 3 O + ] [[Al(H 2 O) 6 ] 3+ ] = 1,2 10 5 > 1,0 10 12 Hidrolizuje, ako je K a > 1,0 10 12 ili ako izaziva promenu ph za više od 0,5 u rastvoru koncentracije 0,1 mol dm 3
Ravnoteža u rastvorima soli: hidroliza soli Katjon kao H + [Al(H 2 O) 6 ] 3+ + H 2 O [Al(H 2 O) 5 OH] 2+ + H 3 O +
Ravnoteža u rastvorima soli: hidroliza soli Katjon kao Posmatrač (ne hidrolizuje) Kiseo (hidrolizuje) Katjon Li + Ca 2+ Na + Sr 2+ K + Ba 2+ NH 4 + Al 3+ Fe 3+ joni prelaznih metala Katjoni koji potiču od jakih ne hidrolizuju; ponašaju se kao joni-posmatrači ; nemaju uticaj na ph rastvora Uobicajene jake kiseline i baze Kiselina Naziv kiseline Baza Naziv baze HCl hlorovodonicna LiOH litijum-hidroksid HBr bromovodonicna NaOH natrijum-hidroksid HI jodovodonicna KOH kalijum-hidroksid HNO 3 azotna Ca(OH) 2 kalcijum-hidroksid HClO 4 perhlorna Sr(OH) 2 stroncijum-hidroksid H 2 SO 4 sumporna Ba(OH) 2 barijum-hidroksid
Ravnoteža u rastvorima soli: hidroliza soli Anjon kao H + F (aq) + H 2 O HF(aq) + OH (aq) K b = K h = [OH ][HF] [F ] = K w K a (HF) = 1 10 14 6,9 10 4 = 1,4 10 11 > 1,0 10 12 H + CH 3 COO (aq) + H 2 O CH 3 COOH(aq) + OH (aq) K b = K h = [OH ][CH 3 COOH] [CH 3 COO ] = K w K a (CH 3 COOH) = 1 10 14 1,8 10 5 = 5,6 10 10 > 1,0 10 12 Hidrolizuje, ako je K b > 1,0 10 12 ili ako izaziva promenu ph za više od 0,5 u rastvoru koncentracije 0,1 mol dm 3
Ravnoteža u rastvorima soli: hidroliza soli Anjon kao Posmatrač (ne hidrolizuje) Bazan (hidrolizuje) Anjon Cl NO 3 Br ClO 4 I SO 2 4 CH 3 COO CO 2 3 F PO 3 4 mnogi drugi Anjoni koji potiču od jakih ne hidrolizuju; ponašaju se kao joni-posmatrači ; nemaju uticaj na ph rastvora Uobicajene jake kiseline i baze Kiselina Naziv kiseline Baza Naziv baze HCl hlorovodonicna LiOH litijum-hidroksid HBr bromovodonicna NaOH natrijum-hidroksid HI jodovodonicna KOH kalijum-hidroksid HNO 3 azotna Ca(OH) 2 kalcijum-hidroksid HClO 4 perhlorna Sr(OH) 2 stroncijum-hidroksid H 2 SO 4 sumporna Ba(OH) 2 barijum-hidroksid
Rezultujući efekat: kiseo n ili neutralan rastvor soli So So jaka jaka / / jaka jaka Neutralan vodeni rastvor rastvor H 2 O NaCl(s) Na + (aq) + Cl (aq) So So jaka jaka /slaba Bazan Bazan vodeni rastvor rastvor H 2 O NaF(s) Na + (aq) + F (aq) So So slaba slaba /jaka Kiseo Kiseo vodeni rastvor rastvor H 2 O AlCl 3 (s) Al 3+ (aq) + 3 Cl (aq)
Rezultujući efekat: kiseo n ili neutralan rastvor soli Amonijum-nitrat, NH 4 NO 3 se koristi za proizvodnju šibica i veštačkog đubriva. Izračunati ph rastvora amonijum-nitrata koncentracije 0,15 mol dm 3. H 2 O NH 4 NO 3 (s) NH 4+ (aq) + NO 3 (aq) Hidrolizuje (katjonska ) ne reaguje sa vodom NH 4+ (aq) + H 2 O NH 3 (aq) + H 3 O + (aq) K a = K h = K w K b (NH 3 ) = 1 10 14 1,8 10 5 = 5,6 10 10
Rezultujući efekat: kiseo n ili neutralan rastvor soli Amonijum-nitrat, NH 4 NO 3 se koristi za proizvodnju šibica i veštačkog đubriva. Izračunati ph rastvora amonijum-nitrata koncentracije 0,15 mol dm 3. NH 4+ (aq) + H 2 O NH 3 (aq) + H 3 O + (aq) NH 4 NO 3 je jak elektrolit: [NH 4+ ]= c(nh 4 NO 3 ) TABELA RAVNOTEŽE K a = K h = [H 3 O+ ][NH 3 ] [NH 4+ ] = 5,6 10 10 NH 4+ (aq) + H 2 O NH 3 (aq) + H 3 O + (aq) početna koncentracija, [ ] o 0,15 0,00 0,00 Promena koncentracije, [ ]??? ravnotežna koncentracija, [ ] r???
Rezultujući efekat: kiseo n ili neutralan rastvor soli Amonijum-nitrat, NH 4 NO 3 se koristi za proizvodnju šibica i veštačkog đubriva. Izračunati ph rastvora amonijum-nitrata koncentracije 0,15 mol dm 3. NH 4+ (aq) + H 2 O NH 3 (aq) + H 3 O + (aq) K a = K h = [H 3 O+ ][NH 3 ] [NH 4+ ] = 5,6 10 10 TABELA RAVNOTEŽE NH 4+ (aq) + H 2 O NH 3 (aq) + H 3 O + (aq) početna koncentracija, [ ] o 0,15 0,00 0,00 promena koncentracije, [ ] x + x + x ravnotežna koncentracija, [ ] r 0,15 x x x K a = K h = [H 3 O+ ][NH 3 ] [NH 4+ ] = x x 0,15 x = 5,6 10 10 mol dm 3 Aproksimacija: [NH 4+ ] r = 0,15 x 0,15 mol dm 3 = [NH 4+ ] o
Rezultujući efekat: kiseo n ili neutralan rastvor soli Amonijum-nitrat, NH 4 NO 3 se koristi za proizvodnju šibica i veštačkog đubriva. Izračunati ph rastvora amonijum-nitrata koncentracije 0,15 mol dm 3. NH 4+ (aq) + H 2 O NH 3 (aq) + H 3 O + (aq) K a = K h = [H 3 O+ ][NH 3 ] [NH 4+ ] = 5,6 10 10 TABELA RAVNOTEŽE NH 4+ (aq) + H 2 O NH 3 (aq) + H 3 O + (aq) početna koncentracija, [ ] o 0,15 0,00 0,00 promena koncentracije, [ ] x + x + x ravnotežna koncentracija, [ ] r 0,15 x x x K a = K h = [H 3 O+ ][NH 3 ] [NH 4+ ] = x 2 0,15 = 5,6 10 10 mol dm 3 x = [H 3 O + ]= 0,15 5,6 10 10 = 9,2 10 6 mol dm 3 ph = 5,04
Rezultujući efekat: kiseo n ili neutralan rastvor soli Amonijum-nitrat, NH 4 NO 3 se koristi za proizvodnju šibica i veštačkog đubriva. Izračunati ph rastvora amonijum-nitrata koncentracije 0,15 mol dm 3. NH 4+ (aq) + H 2 O NH 3 (aq) + H 3 O + (aq) K a = K h = [H 3 O+ ][NH 3 ] [NH 4+ ] = 5,6 10 10 [H 3 O + ]= 9,2 10 6 mol dm 3 ph = 5,04 Stepen hidrolize h = [H 3 O + ] [NH 4+ ] o = 9,6 10 6 0,15 = 0,000064 = 0,0064 %
Rezultujući efekat: kiseo n ili neutralan rastvor soli Neutralan vodeni rastvor rastvor ako ako K a (katjon) a = K b (anjon) b H 2 O NH 4 CH 3 COO(s) NH 4+ (aq) + CH 3 COO (aq) So So slaba slaba /slaba Kiseo Kiseo vodeni rastvor rastvor ako ako K a (katjon) a > K b (anjon) b H 2 O NH 4 F(s) NH 4+ (aq) + F (aq) Bazan Bazan vodeni rastvor rastvor ako ako K a (katjon) a < K b (anjon) b H 2 O NH 4 ClO(s) NH 4+ (aq) + ClO (aq)
Amfoterni anjoni; Kisele soli Kisele soli imaju anjon koji potiče od višebazne kiseline i sadrže H + -jon Imaju amfoterna svojstva (mogu se ponašati i kao kiseline i kao baze) U vodenom rastvoru: H + HS (aq) + H 2 O H 3 O + (aq) + S 2 (aq) K a = K a,2 (H 2 S) = 7,1 10 15 H + HS (aq) + H 2 O H 2 S(aq) + OH (aq) K > K b a n rastvor za soli kod kojih katjon ne hidrolizuje K w K b = = Ka,1 (H 2 S) 1 10 14 1,3 10 7 = 7,9 10 8
KISELINE I BAZE Amfoterni anjoni; Kisele soli Kisele soli imaju anjon koji potiče od višebazne kiseline i sadrže H + -jon Primer sa vežbi: H NaH 2 PO 4 (s) 2 O Na + (aq) + H 2 PO 4 (aq) H 2 PO 4 (aq) K a = 6,2 10 8 K b = 1,4 10 12 K > K a b kiseo rastvor H Na 2 HPO 4 (s) 2 O 2 Na + (aq) + HPO 2 4 (aq) HPO 4 2 (aq) K a = 4,5 10 13 K b = 1,6 10 7 K < K a b n rastvor
Kiselo bazna svojstva nekih jona u vodenom rastvoru Kiselo-bazna svojstva nekih jona u vodenom rastvoru Neutralan Bazan Kiseo Cl NO 3 CH 3 COO F H 2 PO 4 Anjon Br ClO 4 I SO 2 4 S 2 NO 2 PO 4 3 HSO 3 Katjon Li + Ca 2+ Na + Sr 2+ NH + 4 Al 3+ K + Ba 2+ Fe 3+
Rezultujući efekat: kiseo n ili neutralan rastvor soli Odrediti kiselo-baznu reakciju vodenih rastvora sledećih soli: a) FeCl 3 b) NaHSO 3 a) FeCl 3 (s) H 2 O Fe 3+ (aq) + 3 Cl (aq) Cl ne hidrolizuje (jon-posmatrač) Fe 3+ se ponaša kao katjonska kislina, jer potiče od slabe baze [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ + H 2 O [Fe(H 2 O) 5 (OH)] 2+ + H 3 O + (aq) rastvor FeCl 3 će reagovati kiselo
Rezultujući efekat: kiseo n ili neutralan rastvor soli Odrediti kiselo-baznu reakciju vodenih rastvora sledećih soli: a) FeCl 3 b) NaHSO 3 b) NaHSO 3 (s) H 2 O Na + (aq) + HSO 3 (aq) Na + ne hidrolizuje (posmatrač) HSO 3 potiče od slabe kiseline i ima H + jon H 2 O H 3 O + (aq) + SO 3 2 (aq) K a = K a,2 (H 2 SO 3 ) = 1,0 10 7 HSO 3 (aq) H 2 SO 3 (aq) + OH K (aq) w H 2 O K b = = Ka,1 (H 2 SO 3 ) 1 10 14 = 6,2 10 13 1,6 10 2 K a (HSO 3 ) > K b (HSO 3 ) rastvor NaHSO 3 će reagovati kiselo