4 Luku Happoemstasapaino ja puskuriliuokset Protolyysi reaktiot ja

4. Luku, Happo-emästasapaino ja puskuriliuokset • Protolyysi reaktiot ja homogeeninen tasapainotila • Happo- ja emäsvakiot • Neutraloituminen ja titraus • Puskuriliuosten toiminta

4. 1 Protolyysireaktiot • Määritelmät: Happo luovuttaa protonin (H+-ionin) ja emäs ottaa sen vastaan • Kun protoneja siirtyy, kyseessä on protolyysireaktio, ja siihen osallistuvat aineet ovat protolyyttejä • Kun happo reagoi veden kanssa, syntyy oksoniumioneja, H 3 O+ HA(aq) + H 2 O(l) A-(aq) + H 3 O+(aq) • Kun emäs reagoi veden kanssa, syntyy hydroksidi-ioneja, OHB(aq) + H 2 O(l) BH+(aq) + OH-(aq) • Amfoteerinen aine voi toimia sekä happona, että emäksenä. Esim. vesi toimii ylemmässä reaktiossa emäksenä ja alemmassa happona.

4. 1 Protolyysireaktiot • Vahvat hapot protolysoituvat lähes täysin HCl(aq) + H 2 O(l) Cl-(aq) + H 3 O+(aq) • Heikoilla hapoilla vain pieni osa molekyyleistä protolysoituu, reagoivien aineiden välillä vallitsee tasapainotila CH 3 COOH(aq) + H 2 O(l) CH 3 COO-(aq) + H 3 O+(aq) • Myös emäkset luokitellaan samalla tavalla

4. 1 Protolyysireaktiot • Moniarvoiset hapot voivat luovuttaa ja emäkset vastaan ottaa useita protoneja H 2 SO 4(aq) + H 2 O(l) HSO 4 -(aq) + H 3 O+(aq) HSO 4 -(aq) + H 2 O(l) SO 42 -(aq) + H 3 O+(aq) • HSO 4—ioni voi toimia sekä happona, että emäksenä (amfoteerinen) • Kun happo luovuttaa protonin, jää jäljelle vastimemäs • Kun emäs ottaa vastaan protonin syntyy vastinhappo

Happo ja emäsvakiot • Esim. reaktiolle CH 3 COOH(aq) + H 2 O(l) CH 3 COO-(aq) + H 3 O+(aq) tasapainovakion lauseke on • Koska reaktiossa [H 2 O] pysyy lähes muuttumattomana se voidaan yhdistää tasapainovakioon • Kc· [H 2 O] korvataan merkillä Ka saadaan happovakion lauseke

Happo ja emäsvakiot • Esim. reaktiolle NH 3(aq) + H 2 O(l) NH 4+(aq) + OH-(aq) emäsvakion lauseke on • Yleisessä muodossa happo- ja emäsvakion lausekkeet ovat

4. 2 Neutraloituminen ja titraus • Neutraloitumisreaktio H 3 O+ + OH- 2 H 2 O • Täydellinen reaktioyhtälö neutraloitumiselle (happo + emäs suola +vesi H 2 SO 4(aq) + 2 Na. OH(aq) Na 2 SO 4(aq) + 2 H 2 O(l) • Ionimuodossa SO 42+(aq) + 2 H 3 O+(aq) + 2 Na+(aq) + 2 OH-(aq) 2 Na+(aq) + SO 42+(aq) + 4 H 2 O(l)

Happo-emästitraus eli neutralointititraus • Happonäytteeseen lasketaan byretistä emäsliuosta, jonka konsentraatio tunnetaan tai emäsnäytteeseen tunnettua happoa • Ekvivalenttipisteessä neutraloituminen on tapahtunut täydellisesti. Se havaitaan indikaattorin värinmuutoksesta tai p. H-mittarilla. Katsotaan paljonko byretistä on laskettu tunnettua emästä tai happoa • Tunnetun liuoksen kulutuksen perusteella lasketaan näytteen konsentraatio • Jos titrauksessa käytetään p. H-mittaria, näytteen p. H-muutoksesta titrauksen eri vaiheissa piirretään titrauskäyrä

Indikaattorin toiminta • Monet indikaattorit ovat heikkoja happoja, joten niiden liuoksissa vallitsee tasapainotila • Eri indikaattorien värinmuutos alueet ovat erilaiset. (MAOL s. 160)

Erilaisia titrauskäyriä • Vahva happo vahvalla emäksellä • Heikko happo vahvalla emäksellä

4. 3 Puskuriliuokset • Puskuriliuoksen p. H ei merkittävästi muutu, kun siihen lisätään pieniä määriä happoa tai emästä. • koostuu heikosta haposta ja sen vastinemäksestä ( esim. CH 3 COOH + CH 3 COO- ) tai heikosta emäksestä ja sen vastinhaposta (esim. NH 3 + NH 4+ ) • Valmistetaan lisäämällä heikon hapon liuokseen hapon suolaa (esim. CH 3 COOH(aq)+ CH 3 COONa(s)) tai heikon emäksen liuokseen emäksen suolaa (esim. NH 3 (aq) + NH 4 Cl(s)) • Toinen valmistustapa on Lisäämällä heikon hapon/emäksen liuokseen vanhaa emästä/happoa siten, että puolet heikosta haposta/emäksestä neutraloituu

Puskuriliuoksen toiminta • Esim. etikkahappo-asetaatti puskuriliukosessa vallitsee tasapaino CH 3 COOH(aq) + H 2 O(l) CH 3 COO-(aq) + H 3 O+(aq) 1)Kun tähän lisätään happoa (tulee H 3 O+-ioneja) asetaatti-ionit reagoivat sen kanssa. CH 3 COO-(aq) + H 3 O+(aq) CH 3 COOH(aq) + H 2 O(l) Sen jälkeen saavutetaan uusi tasapaino, jossa H 3 O+-ionien konsentraatio on muuttunut vain vähän, eli p. H muuttuu vain vähän 2)Emäksen lisääminen tuo liuokseen OH—ioneja, jotka reagoivat H 3 O+-ionien kanssa H 3 O+ + OH- 2 H 2 O Eli alkuperäisen tasapainon lähtöainetta tulee lisää. Tämän jälkeen tasapaino siirtyy tuotteiden puolelle (CH 3 COO- ja H 3 O+ tulee taas lisää), jolloin H 3 O+-ionien konsentraatio on muuttunut vain vähän, eli p. H muuttuu vain vähän. Käytännössä voidaan ajatella, että OH—ionit reagoivat etikkahappomolekyylien kanssa CH 3 COOH+ OH— CH 3 COO- + H 2 O(l)

Puskuriliuoksen toiminta

Puskuriliuoksia • Ihmisen elimistössä esim. veressä ja solunesteissä on erilaisia puskurisysteemejä • Laboratoriossa puskuriliuoksia käytetään, kun täytyy tietää liuoksen tarkka p. H, esim. p. H-mittarin kalibroinnissa