Reakciók vizes közegben, vizes oldatokban

Az előadások a következő témára: "Reakciók vizes közegben, vizes oldatokban"— Előadás másolata:

1 Reakciók vizes közegben, vizes oldatokban
Oldott anyag koncentrációja : ci = ni / Voldat Mértékegysége: [mol oldott anyag / dm3 oldat] A feloldható mennyiségnek általában maximuma van: „Oldhatóság” = Si = ci,max. Az oldódás folyamata: Általában a vízmolekulák aktív részvételével = hidratálódás (hidrátburok kialakulása) Ionos, sószerű, ill. erősen poláros vegyületek előnyösebben oldódnak: Elektrosztatikus kölcsönhatásba léphetnek a poláros vízmolekulákkal, ami akár elektrolitikus (hidratált ionokra történő) disszociációra is vezethet, és elektrolit (ionos elektromosvezetővé vált oldat, ionjaira disszociált vegyületek oldata) képződhet, amely hidratált ionok segítségével vezeti az elektromosságot.

2 Az elektrolit oldatok típusai:
Erős elektrolitok: még tömény oldataikban is teljes mértékben disszociálnak (sók, erős savak és bázisok). Gyenge elektrolitok: még igen híg oldataikban is csak részlegesen disszociálnak (gyengesavak és gyenge bázisok):

3 A víz öndisszociációs folyamata
mivel [H2O(f)] =c(H2O) ≈ m(g H2O)/M(g/mol H2O)/1 dm3= 1000g/(18g/mol H2O)/1 dm3 ≈ 55,55 mol/dm3= állandó, így Vízionszorzat: Kv = [H3O+] [OH-] = áll. = (mol/dm3 )2 . Tehát T=25°C-on tiszta vízben [H3O+]=[OH-] = 10-7mol/dm3!

4 Savak, bázisok (lúgok) Az ún. indikátor anyagok színét megváltoztatják: Arrhénius-féle sav-bázis fogalmak: sav, olyan anyag, amely elektrolitos disszociációja révén növeli a vizes oldat H3O+ (hidroxónium, ill. hidrogén, H+) ion koncentrációját. bázis, olyan anyag, amely elektrolitos disszociációja révén növeli a vizes oldat OH- (hidroxid) ion koncentrációját. Ha [H3O+] > [OH-], azaz ha [H3O+]>10-7 mol/dm-3, akkor savas az oldat, míg ha [OH-] > [H3O+], azaz ha [OH-]>10-7 mol/dm-3 (azaz [H3O+]<10-7 mol/dm-3), akkor lúgos. lúgban savban Fenolftalein oldat vörös színtelen Lakmusz-papír kék

5 Erős savak, bázisok (lúgok)
Erős savak (HCl, HNO3, H2SO4, HClO4, HI, HBr) és az erős bázisok (NaOH, KOH, Ba(OH)2) teljes mértékben ionjaikra disszociálnak: Ez azt jelenti, hogy ahány molnyi erős savat vagy bázist feloldunk vízben, ugyanannyi mol H3O+, ill. OH- ion jelenik meg az oldatban, miáltal a tiszta víz 10-7 mol/dm-3,-es ionkoncentrációit jelentősen meghaladó savasságú, ill. lúgosságú oldatok készíthetők!

6 Brønstedt-féle sav-bázis fogalom, gyenge elektrolitok
Brønstedt szerint (összetartozó, korrespondeáló sav-bázis párok vannak): sav, az olyan anyag, amely elektrolitos disszociációja révén H+-iont képes leadni, [ezáltal növelni a vizes oldat H3O+ (hidroxónium, ill. hidrogén, H+) ion koncentrációját.] bázis, olyan anyag, amely elektrolitos disszociációja révén H+-iont képes felvenni, [ezáltal csökkenteni a vizes oldat H3O+ (hidroxónium, ill. hidrogén, H+) ion koncentrációját.] Pl: ecetsav (gyengesav!) és az acetátionja (erős bázis!) valamint a H2O/H3O+ (bázis/sav-pár) reakciós egyenlete

7 Gyenge savak disszociációs állandója, Ks
A disszociációs egyenlet általánosítása gyenge savakra: Új állandó, a savdisszociációs állandó Ks bevezethető mivel [H2O]=55,55 mol/dm-3 = állandó:

8 Gyenge bázisok disszociációs állandója, Kb
A disszociációs egyenlet általánosítása gyenge bázisokra: Új állandó, a bázisdisszociációs állandó KB bevezethető mivel [H2O]=55,55 mol/dm-3 = állandó:

9 A savasság, ill. lúgosság mértéke, pH
A víz Brønstedt savként és bázisként is viselkedhet:  OH--iont ill. H3O+-iont képezve: amfoter jellegű. Mekkora az oldat hidroxónium H3O+- (H+-)-ion, ill. hidroxid OH--ion koncentrációja? Nem független értékek: [H3O+] [OH-] = Kv = (mol/dm3 )2 . pH = - lg [H3O+] , a hidroxóniumion moláris koncentrációjának negatív (tizes alapú!) logaritmusa. (Def: logab, az a kitevő, melyre a-t emelve b-kapunk.) pOH = - lg [OH-] , a hidroxidion moláris koncentrációjának negatív (tizes alapú!) logaritmusa.

10 A savasság, ill. lúgosság mértéke, pH-skála
[H3O+] [OH-] = Kv = (mol/dm3 ) / lg lg [H3O+] + lg [OH-] = lg Kv = lg = / - - lg [H3O+] + (- lg [OH-]) = - lg Kv = 14 pH pOH = pKv = 14 erősen savas semleges erősen lúgos Pl. 1 mol/dm3 HCl oldat pH-ja = -lg 1=0! 0,1 mol/dm3 HCl oldat pH-ja = -lg 0,1=1. 1 mol/dm3 NaOH oldat pOH-ja = -lg 1=0, s pH-ja = 14-pOH=14-0=14! 0,01 mol/dm3 NaOH oldat pOH-ja = -lg 0,01=2, s pH-ja =12.

11 Gyenge savak, bázisok pH-jának számítása
Mekkora az 0,1 mol/dm3-es ecetsav oldat pH-ja? Gyenge elektrolit csak részleges disszociál. mol/dm3 CH3COOH(aq) H2O(f) CH3COO-(aq) H3O+(aq) Kezdetben: c0,i c0 = 0,1 fix Sztöchiometrikus változások: Dci -xH mol/dm3 elh. xH mol/dm3 Egyensúlyban c0 -xH xH

12 Gyenge savak, bázisok disszociációs fokának számítása
Ha feltételezhetően 5 %-nál kisebb mértékű a gyenge elektrolit disszociációja, azaz ha c0 >> x, akkor Ha a disszociációs fokra a > 5 % adódik, akkor a pontos számítás másodfokú egyenlet megoldását kivánja:

13 Közömbösítés, sóképzés, titrálás
Erős savat erős bázissal közömbösítve (ill. fordítva): Ha ns = nb, azaz cs = cb  sóképzés, pH=7 Ha ns < nb, azaz cs < cb  sóképzés + lúgfelesleg, pH>7! Ha ns > nb, azaz cs > cb  sóképzés + savfelesleg, pH<7! 100%-os titráltságnál (ns = nb) gyors, meredek változás tapasztalható a titrált oldat pH-jában.

14 Erős savat erős bázissal titrálva

15 Gyengesav titrálása erős bázissal, hidrolízis, puffer
Gyenge savat erős bázissal közömbösítve: Ha nb = ns, azaz cs = cb  só, sóanion hidrolízise, pH=? Ha nb < ns, azaz cb < cs  részleges sóképzés + gyengesav felesleg = puffer, pH=? Ha nb > ns, azaz cb > cs  sóképzés + erősbázis felesleg, pH>7! 100%-os titráltságnál (ns = nb) itt is gyors, ill. meredek változás tapasztalható a titrált oldat pH-jában.

16 Gyengesav titrálása erős bázissal, hidrolízis, puffer

17 Gyengesav erős bázissal képzett sójának hidrolízise
Teljes mértékű sódisszociáció, melyet a gyenge sav anionjának (mint korrespondeáló bázisnak) egyensúlyra vezető hidrolízise követ: A hidrolízis állandó számítása után az egyensúlyi viszonyok, pl. pH is számítható:

18 Gyengesav és a gyenge sav egy erős bázissal képzett sójának közös oldata = puffer
A gyenge sav disszociációs egyensúlya kissé módosul erős sav, ill. bázis beadagolásával = tompítás : Erős sav hozzáadásakor Erős bázis hozzáadásakor

19 Csapadékoldódási egyensúlyok – oldhatósági szorzat
Kis oldhatóságú csapadékok bizonyos oldatok összeöntésékor: Oldhatósági egyensúlya pl.: LAgCl = 1·10-10 (mol dm3)2 – oldhatósági szorzat, erős rokonság az egyensúlyi disszociációs állandóval, (minőségi ionelemzés, ionvadászat, titrálás)

20 Komplexképződési egyensúlyok – stabilitási állandók
Fém központi atom + koordinációs (datív) kötéssel kapcsolódó ún. ligandum molekulák = összetett komplex ionok, molekulák: Komplexképződési egyensúlyra pl.: ahol, b – komplexképződési, avagy komplexstabilitási állandó, erős rokonságban (reciprokos összefüggésben) a disszociációs állandóval (mennyiségi fémanalízis, komplexometriás titrálás)