Savak és Bázisok

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 2 of 47 Az Arrhenius Elmélet: HCl(g) H + (aq) + Cl - (aq) NaOH(s) Na + (aq) + OH - (aq) H2OH2O H2OH2O Na + (aq) + OH - (aq) + H + (aq) + Cl - (aq) H 2 O(l) + Na + (aq) + Cl - (aq) H + (aq) + OH - (aq) H 2 O(l) Az Arrhenius elmélet nem kezelte kielégítően az ammóniához hasonló nem OH - bázisokat.

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 3 of 47 A Savak és Bázisok Brønsted-Lowry Elmélete A savak protondonorok. A bázisok protonakceptorok. NH 3 + H 2 O NH OH - NH OH - NH 3 + H 2 O bázissav bázis sav konjugált sav konjugált bázis

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 4 of 47 A Bázikus Disszociációs Állandó NH 3 + H 2 O NH OH - Kc=Kc= [NH 3 ][H 2 O] [NH 4 + ][OH - ] K b = K c [H 2 O] = [NH 3 ] [NH 4 + ][OH - ] = bázissav konjugált sav konjugált bázis

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 5 of 47 A Savi Disszociációs Állandó CH 3 CO 2 H + H 2 O CH 3 CO H 3 O + Kc=Kc= [CH 3 CO 2 H][H 2 O] [CH 3 CO 2 - ][H 3 O + ] K a = K c [H 2 O] = = [CH 3 CO 2 H] [CH 3 CO 2 - ][H 3 O + ] bázissav konjugált sav konjugált bázis

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 6 of 47 Néhány Brønsted-Lowry sav és bázis relatív erőssége HClO 4 + H 2 O ClO H 3 O + NH CO 3 2- NH 3 + HCO 3 - HCl + OH - Cl - + H 2 O H 2 O + I - OH - + HI

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 7 of 47 A Víz Öndisszociációja és a pH Skála

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 8 of 47 A Vízionszorzat Kc=Kc= [H 2 O][H 2 O] [H 3 O + ][OH - ] H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH - bázissav konjugált sav konjugált bázis K W = K c [H 2 O][H 2 O] = = [H 3 O + ][OH - ]

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 9 of 47 A pH és pOH pH = -log[H 3 O + ]pOH = -log[OH - ] -logK W = -log[H 3 O + ]-log[OH - ]= -log( ) K W = [H 3 O + ][OH - ]= pK W = pH + pOH= -(-14) pK W = pH + pOH = 14

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 10 of 47 A pH és pOH Skálák

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 11 of 47 Erős Savak és Bázisok HCl CH 3 CO 2 H Thimolkék Indikátor pH < 1.2 < pH < 2.8 < pH

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 12 of 47 Gyenge Savak és Bázisok EcetsavHC 2 H 3 O 2 vagy CH 3 CO 2 H

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 13 of 47 Gyenge Savak Ka=Ka= = [CH 3 CO 2 H] [CH 3 CO 2 - ][H 3 O + ] pK a = -log( ) = 4.74 glicin H 2 NCH 2 CO 2 H tejsav CH 3 CH(OH) CO 2 H C OH O R

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 14 of 47 Gyenge savak és Bázisok Disszociációs Állandói

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 15 of 47 Example 17-5 Egy gyenge sav K s értékének meghatározása oldatának pH-ja alapján. A butánsavat HC 4 H 7 O 2 (vagy CH 3 CH 2 CH 2 CO 2 H) mesterséges izesítőszerek és illatanyagok előállítására használják. A M-os HC 4 H 7 O 2 vizes oldatának pH-ja 2,72. Mennyi a butánsav K s -ja? HC 4 H 7 O 2 + H 2 O C 4 H 77 O 2 + H 3 O + K s = ? Megoldás: A HC 4 H 7 O 2 K s -ja valószínűleg sokkal nagyobb mint a K v, ezért a víz öndisszociációjától eltekinthetünk.

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 16 of 47 Example 17-5 HC 4 H 7 O 2 + H 2 O C 4 H 7 O 2 + H 3 O + Kiindulási konc M00 Változás-x M+x M+x M Egyensúlyi konc.(0.250-x) M x Mx M

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 17 of 47 Example 17-5 Log[H 3 O + ] = -pH = HC 4 H 7 O 2 + H 2 O C 4 H 77 O 2 + H 3 O + [H 3 O + ] = = = x [H 3 O + ] [C 4 H 7 O 2 - ] [HC 4 H 7 O 2 ] Ks=Ks= · (0.250 – ) = K s = Ellenőrízzük: K a >> K W.

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 18 of 47 Disszociációs százalék HA + H 2 O H 3 O + + A - Disszociációfok = [H 3 O + ] HA-ból [HA] eredetileg Disszociációs % = [H 3 O + ] HA-ból [HA] eredetileg 100%

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 19 of 47 Disszociációs százalék Ks =Ks = [H 3 O + ][A - ] [HA] Ks =Ks = n H3O+H3O+ A-A- n HA n 1 V

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 20 of 47 Többértékű Savak H 3 PO 4 + H 2 O H 3 O + + H 2 PO 4 - H 2 PO H 2 O H 3 O + + HPO 4 2- HPO H 2 O H 3 O + + PO 4 3- Foszforsav: háromértékű sav. K s = K s = K s =

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 21 of 47 A Foszforsav K s1 >> K s2 Minden H 3 O + az első disszociációs lépésben keletkezik. A H 2 PO 4 - gyakorlatilag nem disszociál tovább. Feltételezve, hogy [H 2 PO 4 - ] = [H 3 O + ]. [HPO 4 2- ] = K s2 függetlenül a koncentrációtól.

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 22 of 47 Néhány többértékű sav disszociációs állandói

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 23 of 47 Example 17-9 Számítsuk ki az ionkoncentrációkat egy többértékű sav oldatában. Egy 3,0 M H 3 PO 4 oldat esetén számoljuk ki: (a) [H 3 O + ]; (b) [H 2 PO 4 - ]; (c) [HPO 4 2- ] (d) [PO 4 3- ] H 3 PO 4 + H 2 O H 2 PO H 3 O + Kiindulási konc.3,0 M00 Változások-x M+x M+x M Egyensúlyi konc.(3,0-x) M x Mx M

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 24 of 47 Example 17-9 H 3 PO 4 + H 2 O H 2 PO H 3 O + [H 3 O + ] [H 2 PO 4 - ] [H 3 PO 4 ] Ks=Ks= x · x (3,0 – x) = Feltéve, hogy x << 3,0 = 7, x 2 = (3,0)(7, ) x = 0,14 M [H 2 PO 4 - ] = [H 3 O + ] = 0,14 M

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 25 of 47 Example 17-9 H 2 PO H 2 O HPO H 3 O + [H 3 O + ] [HPO 4 2- ] [H 2 PO 4 - ] Ks=Ks= y · (0,14 + y) (0,14 - y) = = 6, Kiindulási konc.0,14 M00,14 M Változások -y M+y M+y M Egyensúlyi konc. (0,14 - y) M y M(0,14 +y) M y << 0,14 M y = [HPO 4 2- ] = 6,

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 26 of 47 Example 17-9 HPO H 2 O PO H 3 O + [H 3 O + ] [HPO 4 2- ] [H 2 PO 4 - ] Ks=Ks= (0,14)[PO 4 3- ] 6, = = 4, M [PO 4 3- ] = 1, M

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 27 of 47 A Kénsav Kénsav: kétértékű sav. H 2 SO 4 + H 2 O H 3 O + + HSO 4 - HSO H 2 O H 3 O + + SO 4 2- K s = nagyon nagy K s = 1,96

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 28 of 47 Az oldategyensúlyi számítások általános menete Azonosítsuk az oldatban jelentős mennyiségben található részecskéket (kivéve H 2 O). Írjuk fel az egyenleteket ezen részecskékkel. –Egyenletek száma = Ismeretlenek száma. Fejezzük ki az egyensúlyi állandókat. Alkalmazzuk az anyagmegmaradás elvét. Alkalmazzuk a töltésmegmaradás elvét. Oldjuk meg az egyenleteket.

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 29 of 47 Ionok mint savak és bázisok NH H 2 O NH 3 + H 3 O + bázis sav CH 3 CO H 2 O CH 3 CO 2 H + OH - bázis sav [NH 3 ] [H 3 O + ] [OH - ] Ks=Ks= [NH 4 + ] [OH - ] [NH 3 ] [H 3 O + ] Ks=Ks= [NH 4 + ] = ? = KvKv KbKb = 1.0x x10 -5 = 5.6x K s K b = K v

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 30 of 47 A Hidrolízis A víz (hydro) által kiváltott kötéshasadás (lysis). Na + + H 2 O NH H 2 O NH 3 + H 3 O + Cl - + H 2 O Nincs reakció Hidrolízis

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 31 of 47 A molekulaszerkezet és a sav-bázis erősség összefüggése A HCl miért erős sav miközben a HF gyenge? Miért erősebb a CH 3 CO 2 H, mint a CH 3 CH 2 OH? Szoros összefüggés van a molekulaszerkezet és a savi erősség között. A kötési energiákat gázfázisban mérik és nem oldatfázisban.

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 32 of 47 A kétatomos savak erőssége HIHBrHClHF 160,9>141,4>127,4>91,7 pm 297<368<431<569 kJ/mol Kötéshossz Kötési energia 10 9 >10 8 >1,3x10 6 >> 6,6x10 -4 Savi erősség HF + H 2 O [F - ·····H 3 O + ] F - + H 3 O + ionpár H-kötés szabad ionok

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 33 of 47 Az oxosavak erőssége Tényezők amelyek befolyásolják az elektroneltolódást az OH kötésről az oxigén atom felé: –A központi atom nagy elektronegativitása (EN). –Nagyszámú terminális O atom a molekulán belül. H-O-ClH-O-Br EN Cl = 3,0EN Br = 2.8 K s = 2,9x10 -8 K s = 2,1x10 -9

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 34 of 47 S O O O O HH ·· - 2+ ·· - S O O O HH - + S O O O O HH S O O O HH K s =10 3 K s =1.3x10 -2

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 35 of 47 A szerves savak erőssége C O C O HH ·· H H O C HH H H C H H K a = 1.8x10 -5 K a =1.3x ecetsavetanol

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 36 of 47 A képződő anionok szerkezete O C H ·· H H C H H C O C O H - H H C O C O H - H H -

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 37 of 47 Szerkezeti tényezők C H H C O C O H - ·· H H C H H H C O O - C H H C H H C H H C H H C H H K s = 1.8x10 -5 K s = 1.3x10 -5

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 38 of 47 Szerkezeti tényezők C O C O H - ·· H H K s = 1.8x10 -5 K s = 1.4x10 -3 C O C O H - ·· H Cl ··

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 39 of 47 Az aminbázisok erőssége N H H H ·· N Br H H ·· pK b = 4.74pK s = 7.61 ammóniabrómamin

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 40 of 47 Az aminbázisok erőssége C H H H C H H C H H H C H H C H H H C H H pK b = 4,74pK a = 3,38pK b = 3,37 metilaminetilaminpropilamin NH 2

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 41 of 47 Rezonancia effektusok

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 42 of 47 Induktív effektusok

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 43 of 47 Lewis savak és bázisok Lewis Sav –Olyan részecske (atom, ion vagy molekula), amely elektronpár- akceptor. Lewis Bázis –Olyan részecske, amely elektronpár-donor. bázissav addukt

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 44 of 47 Az elektron mozgások bemutatása

Prentice-Hall © 2002General Chemistry: Chapter 17Slide 45 of 47 A savas eső CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H 2 CO 3 + H 2 O HCO H 3 O + 3 NO 2 + H 2 O 2 HNO 3 + NO