Sav-bázis reakciók BrønstedLowry-féle sav-bázis elmélet Konjugált sav-bázis rendszerek bázis sav NH3 + HCl NH4+ + Cl H2O + HCl H3O+ + Cl NH3 + H2O NH4+ + OH Sav: H+ (proton)-donor Bázis: H+-akceptor Víz: amfoter (lehet sav és bázis is) konjugált párok: sav bázis + H+

Sav-bázis egyensúlyok vízben HA + H2O H3O+ + A B + H2O HB+ + OH

A víz öndisszociációja és a pH-skála H2O + H2O H3O+ + OH 25 ºC-on Kv = 1,01014 (Kv mértékegysége az egyenlet alapján mol2 dm6, de precízebben levezetve ún. aktvitásokat kellene beírni az egyenletbe, amiből Kv – és általában K – mértékegység nélküli szám.) Tiszta vízben, 25 ºC-on: [H3O+] = [OH] = 107 mol/dm3 pH = pOH = 7 pH := log [H3O+] pOH := log [OH] pH+pOH =14 + HA  [H3O+] >107 mol/dm3 > [OH] pH < 7 pOH>7 (pH+pOH =14 ) + B  [H3O+] <107 mol/dm3 < [OH] pH >7 pOH<7 (pH+pOH =14 ) pl. Coca Cola pH≈2,5 Dove kézmosó szappan pH≈7,0 Ásványvíz pH≈5,0 Palmolive pH≈10,0 Bor pH≈3,5

Hidrolízis és pufferoldatok HA gyenge sav erős bázissal alkotott sójának lúgos hidrolízise: A + H2O HA + OH pl. CH3COONa + H2O CH3COOH + OH B gyenge bázis erős savval alkotott sójának savas hidrolízise: BH+ + H2O B + H3O+ pl. NH4Cl + H2O NH3 + H3O+ pufferoldat: gyenge sav és gyenge sav erős bázissal alkotott sójának oldata vagy gyenge bázis és gyenge bázis erős savval alkotott sójának pl. CH3COOH és CH3COONa oldata NH3 és NH3Cl oldata Mi történik erős sav/bázis hozzáadásakor?

Sav-bázis indikátorok Sav-bázis titrálások

Sav-bázis indikátorok Fenolftalein  H+ (+OH) nincs hosszú konjugált részlet  színtelen + H+ több gyűrűre átterjedő konjugált kötések  közeli elektronállapotok színes

A Lewis-féle sav-bázis elmélet Lewis sav: elektronpár-akceptor Lewis-bázis: elektronpár-donor pl. H+ + :OH = HOH :NH3 + H2O = NH4+ + OH Általánosabban használható, mint a BrønstedLowry-féle sav-bázis elmélet Lewis-sav Lewis-bázis sav-bázis komplex

Az eső természetes savassága és a savas eső SO2 + H2O = H2SO3 SO2 + O3 = SO3 + O2 SO3 + H2O = H2SO4 2NO2 + 2H2O = HNO2 + HNO3 H2O + CO2 → H2CO3 H2O + H2CO3 HCO3 + H3O+ pH ≈ 5, mészkő, vízkő képződése: H2CO3 + CaCO3 2HCO3 + Ca2+(aq)

Szupersavak és karbokation kémia erős komplex  HF-nál erősebb sav! Oláh György (1927) Kémiai Nobel-díj: 1994 CH4 → CH5+ HF/SbF5

pl. [Fe2+] meghatározása Redoxireakciók Redoxititrálások: pl. [Fe2+] meghatározása KMnO4-gyel Redoxireakció: elektronátadási folyamat Oxidáció: elektronleadás (oxidációs szám nő) Redukció: elektronfelvétel (oxidációs szám csökken) szinproporció OCl(aq) + Cl(aq) + 2H+(aq) Cl2(g) + H2O diszproporció Egyenletek rendezése az oxidációs szám változások legkisebb közös többszöröse alapján!

Redukáló- és oxidálószerek Hogyan lehetne számmal jellemezni az oxidáló/redukáló képességet?

Elektródok Elektród: olyan rendszer, amelyben elsőrendű vezető (fém) érintkezik másodrendű vezetővel (fémionok vizes oldata) http://www.chemguide.co.uk/physical/redoxeqia/introduction.html

Galváncellák _ + Zn(sz) + Cu2+(aq) = Zn2+(aq) + Cu(sz), két folyamat térbeli elválasztása: vatta sóhíd -oldat réz- katód cink- anód _ + oxidáció redukció Zn(sz) = Zn2+(aq) +2e– Cu2+(aq) +2e– = Cu(sz) (1 M) (1 M) Celladiagram: Zn | Zn2+(aq) Cu2+(aq) | Cu Elektromotoros erő (E): az a feszültség, ami akkor mérhető, amikor a cellán nem folyik át áram

Alessandro Volta (1745  1827) Luigi Galvani (17371798 ) Humphry Davy (1778 1829) Michael Faraday (17911867)

A standard hidrogénelektród H+(aq) + e =1/2 H2(g) Megállapodás szerint: eºH+/H2 := 0 Félcella-reakciója: Pt | H2 | 1 M H+(aq) pontosabban(!): Pt | H2 | 1 mol H+ /1 kg oldat

Az elektródpotenciál Az elektród potenciálja (e): annak a galváncellának az elektromotoros ereje, amelynek az egyik elektródja a kérdéses elektród, a másik pedig a standard hidrogénelektród Standardpotenciál (eº): egységnyi koncentrációjú (aktivitású) oldat elektród potenciálja Nernst-egyenlet: F=96485 C / mol Negatívabb oxidálódik, pozitívabb redukálódik.

Az üvegelektród Elsőfajú elektród, pl.: Ag+(sz) + e = Ag(sz) Ag(sz) | Ag+ (aq) e függ a koncentrációtól Másodfajú elektród, pl.: Ag+(sz) + e = Ag(sz) AgCl(sz) Ag+(aq) + Cl(ag) Ag(sz) | AgCl | KCl 1 mol / kg (aq) AgCl oldatbeli koncentrációja jó közelítéssel állandó → e állandó Jó referenciaelektród!

A Leclanché-féle szárazelem + záróréteg burkolat légtér NH4Cl + ZnCl2 C + MnO2 Zn membrán grafit Georges Leclanché (18391882) _ Hasonlóan működik az alkáli-szárazelem:

Higanyos oxidos gombelem Hg Kiszorulóban…

Az újratölthető NiCd és Li elem Li/grafit anód Li/CoO2 katód membrán Anód: xLi+ + CoO2 + xe– → LixCO2 Katód: LixC6→ xLi+ + 6C + xe–

Az ólomakkumulátor Használatkor (kisütés):   Pb(sz)  +  HSO4  =  PbSO4(sz) + H+ + 2e    anód: oxidáció PbO2(sz)  +  HSO4  + 3H+  + 2e  =  PbSO4(sz)  + 2 H2O  katód: redukció Pb(sz)  +  PbO2  + 2H+  + 2HSO4  =  2PbSO4(sz) + 2H2O Töltött Kisütés Kisütött Töltés

H2/O2 tüzelőanyagelem

H2/O2 tüzelőanyagelem Más tüzelőanyagelemek is léteznek, illetve fejlesztés alatt állnak: pl. CH4, CH3OH égetése Általános probléma: katalizátor élettartama

Tüzelőanyagelemek hatásfoka Hőerőművek hatásfoka < 40%

Az elektrolízis pl. a víz bontása H2 O2 Egyenáram Fém Pt oldat Anód: + Katód: - 2O2 = O2 + 4e oxidáció 4H+ + 4e = 2H2 redukció

Az elektrolízis ipari felhasználása: alumíniumgyártás Na3AlF6 (kriolit) és Al2O3 olvadéka A termék árában nagy arányban benne van az elektromos áram ára!! (Pl. Izland bauxitja (Al2O3) nincs, mégis az Al-gyártás az egyik legfontosabb bevétele.) Más fémek is: pl. Na (és hypo NaOCl gyártása)

festék, v. nagy eº-ú fém (pl. Sn), vagy tömör oxidréteg (pl. Al2O3) Korrózióvédelem hátrány: Passzív: H+, H2O Sn2+, Fe2+ festék, v. nagy eº-ú fém (pl. Sn), vagy tömör oxidréteg (pl. Al2O3) Sn kis eº-ú fém Fe helyi elem: Fe + Sn2+ = Sn + Fe2+ Aktív: Mg vagy Zn Fe csővezeték H+, H2O Zn2+, Fe2+ Zn Fe helyi elem: Zn + Fe2+ = Fe + Zn2+ Fe belül zinkrúd vagy - potenciál