A Sav-bázis Egyensúlyok Alkalmazásai

A Sajátion Hatás A sajátion hatás azt az egyensúlyra ható jelenséget írja le, amikor olyan más anyagot adunk a rendszerhez, amelyből képződő ion maga is részt vesz az egyensúlyban.

Gyenge és erős savat egyszerre tartalmazó oldatok Nézzünk egy oldatot, amely egyszerre tartalmaz: 0,100 M CH 3 CO 2 H és 0,100 M HCl. CH 3 CO 2 H + H 2 O CH 3 CO H 3 O + HCl + H 2 O Cl - + H 3 O + (0.100-x) M x M x M 0,100 M [H 3 O + ] = (0,100 + x) M gyakorlatilag mind a HCl-ból származik

Ecetsav + Sósav 0,1 M HCl0,1 M CH 3 CO 2 H 0,1 M HCl + 0,1 M CH 3 CO 2 H

Példa (a) Határozzuk meg a [H 3 O + ] és [CH 3 CO 2 - ] koncentrációkat a 0,100 M CH 3 CO 2 H-ban. (b) Aztán határozzuk meg ugyanezen koncentrációkat abban az oldatban, amely 0,100 M tartalmaz mind CH 3 CO 2 H-ból és HCl-ból. CH 3 CO 2 H + H 2 O H 3 O + + CH 3 CO 2 - [H 3 O + ] = [CH 3 CO 2 - ] = 1,3x10 -3 M

CH 3 CO 2 H + H 2 O H 3 O + + CH 3 CO 2 - Kiindulási konc. gyenge sav0,100 M0 M0 M erős sav0 M0,100 M0 M változás-x M+x M+x M Egyensúlyi konc.(0,100 - x) M (0,100 + x) M x M Feltéve x << M, – x x M

Egyensúlyi konc.(0,100 - x) M (0,100 + x) M x M Feltéve x << 0,100 M, 0,100 – x 0,100 + x 0,100 M CH 3 CO 2 H + H 2 O H 3 O + + CH 3 CO 2 - [H 3 O + ] [CH 3 CO 2 - ] [C 3 CO 2 H] Ks=Ks= x · (0,100 + x) (0,100 - x) = x · (0,100) (0,100) = = 1,8x10 -5 [CH 3 CO 2 - ] = 1,8x10 -5 M

Gyenge sav disszociációjának visszaszorítása

Gyenge bázis disszociációjának visszaszorítása

Gyenge savak és sóik oldatai

Gyenge bázisok és sóik oldatai

Puffer oldatok Olyan kétkomponensű oldatok, amelyek erős sav vagy bázis hozzáadására pH-jukat csak kis mértékben változtatják meg. –A két komponens nem semlegesítheti egymást de semlegesíteniük kell az erős savakat és bázisokat. Gyenge sav és konjugált bázisa. Gyenge bázis és konjugált savi párja.

Puffer oldatok Tegyük fel, hogy [CH 3 CO 2 H] = [CH 3 CO 2 - ] egy oldatban. [H 3 O + ] [CH 3 CO 2 - ] [C 3 CO 2 H] Ks=Ks= = 1,8x10 -5 = [CH 3 CO 2 - ] [C 3 CO 2 H] KsKs [H 3 O + ] = pH = -log[H 3 O + ] = -logK s = -log(1,8x10 -5 ) = 4,74

Hogyan működnek a pufferek?

A Henderson-Hasselbalch Egyenlet A disszociációs állandó másfajta kifejezése. Tekintsünk egy képzeletbeli gyenge savat, HA, és sóját NaA: HA + H 2 O A - + H 3 O + [H 3 O + ] [A - ] [HA] Ks=Ks=[H 3 O + ] [HA] Ks=Ks= [A - ] -log[H 3 O + ]-log [HA] -logK s = [A - ]

A Henderson-Hasselbalch Egyenlet -log[H 3 O + ] - log [HA] -logK s = [A - ] pH - log [HA] pKs =pKs = [A - ] pK s + log [HA] pH = [A - ] pK s + log [sav] pH = [konjugált bázis]

A Henderson-Hasselbalch Egyenlet Csak akkor használható ha ismerjük a sav és a konjugált bázis kiindulási koncentrációját. –Ez korlátozza az egyenlet alkalmazhatóságát. Feltételek: 0,1 < [HA] < 10 [A - ] [A - ] > 10xK s és [HA] > 10xK s pK s + log [sav] pH= [konjugált bázis]

Kívánt pH-jú puffer oldat készítése. Milyen tömegű NaC 2 H 3 O 2 -ot kell feloldani 0,300 L 0,25 M HC 2 H 3 O 2 -ban, hogy pH = 5,09 oldatot kapjunk? (tegyük fel, hogy az oldat térfogata végig állandó 0,300 L) HC 2 H 3 O 2 + H 2 O C 2 H 3 O H 3 O + Egyensúly: [H 3 O + ] [HC 2 H 3 O 2 ] Ks=Ks= [C 2 H 3 O 2 - ] = 1,8x10 -5

[H 3 O + ] [HC 2 H 3 O 2 ] Ks=Ks= [C 2 H 3 O 2 - ] = 1,8x10 -5 [H 3 O + ] = 10 -5,09 = 8,1x10 -6 [HC 2 H 3 O 2 ] = 0,25 M Oldjuk meg [C 2 H 3 O 2 - ]-ra [H 3 O + ] [HC 2 H 3 O 2 ] = K s [C 2 H 3 O 2 - ] = 0,56 M 8,1x ,25 = 1,8x10 -5

1 mol NaC 2 H 3 O 2 82,0 g NaC 2 H 3 O 2 tömeg C 2 H 3 O 2 - = 0,300 L [C 2 H 3 O 2 - ] = 0,56 M 1 L 0.56 mol 1 mol C 2 H 3 O mol NaC 2 H 3 O 2 xx x = 14 g NaC 2 H 3 O 2

Hat módszer puffer oldat készítésére

Változások számítása puffer oldatokban

Pufferkapacitás és puffertartomány A pufferkapacitás annak az erős savnak vagy erős bázisnak a mennyisége, amelytől a pufferoldat pH-ja 1-el változik. –A maximális pufferkapacitást akkor kapjuk ha a [HA] és [A - ] koncentrációja nagy és közel egyenlő. A puffertartomány az a pH tartomány amelyben a puffer semlegesíteni tudja az erős sav vagy bázis hatását. –Gyakorlatilag ez a tartomány 2 pH egység a pK s körül

Sav-bázis indikátorok Néhány vegyület színe függ a pH-tól. HIn + H 2 O In - + H 3 O + >90% savas formánál a savas szín a meghatározó >90% bázis formánál a bázikus szín a meghatározó A kettő között átmeneti szín figyelhető meg. A teljes színváltozás 2 pH egység alatt történik.

Az indikátorok színei és tartományai

Semlegesítési reakciók és a titrálási görbék Ekvivalenciapont: –A reakció azon pontja, ahol mind a sav mind a bázis elfogyott. –Sem sav sem bázis nincs feleslegben Végpont: –Ahol az indikátor színváltozása megtörténik. Titrálószer: –Az ismert koncentrációjú oldat, amelyet az ismeretlen koncentrációjú oldathoz adagolunk. Titrálási görbe: –A pH - Térfogat görbe.

Erős sav – erős bázis titrálási görbéje

Erős sav – erős bázis titrálások A pH a reakció elején kicsi. A pH lassan változik –Egészen az ekvivalenciapont környékéig. A pH meredeken emelkedik –néha 6 egységet 0,1 mL titrálószer hozzáadására. A pH ismét lassan emelkedik. Bármilyen sav-bázis indikátor alkalmazható. –Amennyiben a szinváltozás pH 4 és 10 közé esik.

Erős bázis – erős sav titrálás

Gyenge sav – erős bázis titrálás

Gyenge többértékű sav titrálása H 3 PO 4 H 2 PO 4 - HPO 4 2- PO 4 3- NaOH

Többértékű savak sóinak oldata A foszforsav harmadik ekvivalenciapontja csak erősen lúgos oldatban érhető el. A harmadik ekvivalenciapont pH-ját nem nehéz kiszámítani. –A Na 3 PO 4 (aq)-hoz tartozik és a PO 4 3- csak bázikusan képes hidrolizálni. PO H 2 O OH - + HPO 4 2- K b = K v /K s = 2,4x10 -2

Example 18-9 K b = 2,4x10 -2 PO H 2 O OH - + HPO 4 2- Initial concs.1.0 M0 M0 M Changes-x M+x M+x M Eqlbrm conc.( x) M x M x M Determining the pH of a Solution Containing the Anion (A n- ) of a Polyprotic Acid. Sodium phosphate, Na 3 PO 4, is an ingredient of some preparations used to clean painted walls before they are repainted. What is the pH of 1.0 M Na 3 PO 4 ?

Example 18-9 x x – = 0 x = 0.14 M pOH = pH = [OH - ] [HPO 4 2- ] [PO 4 3- ] Kb=Kb= x · x ( x) = = It is more difficult to calculate the pH values of NaH 2 PO 4 and Na 2 HPO 4 because two equilibria must be considered simultaneously.

Többértékű savak tömény oldatai Töményebb oldatok esetén (> 0,1 M) a pH nem függ az oldat koncentrációjától. H 2 PO 4 - HPO 4 2- pH = 0.5 (pK s1 + pK s2 ) = 0,5 (2,15 + 7,20) = 4,68 pH = 0,5 (pK s1 + pK s2 ) = 0,5 (7, ,38) = 9,79

Sav-bázis egyensúlyi számítások összefoglalása Határozzuk meg milyen részecskék lehetnek jelen az oldatban és kb. milyen koncentrációban. Azonosítsuk a komponensek közötti összes lehetséges reakciót és ezek sztöchiometriáját Azonosítsuk, hogy mely egyensúlyi reakciók írják le az adottesetet és melyek a legjelentősebbek.

Pufferek a vérben CO 2 (g) + H 2 O H 2 CO 3 (aq) H 2 CO 3 (aq) + H 2 O(l) HCO 3 - (aq) K s1 = 4.4x10 -7 pK s1 = 6,4 pH = 7,4 = 6,4 +1,0 pH = pK s1 + log [H 2 CO 3 ] [HCO 3 - ]

Pufferek a vérben 10/1 buffer ratio is somewhat outside maximum buffer capacity range but… The need to neutralize excess acid (lactic) is generally greater than the need to neutralize excess base. If additional H 2 CO 3 is needed CO 2 from the lungs can be utilized. Other components of the blood (proteins and phosphates) contribute to maintaining blood pH.