ANALITIKAI KMIA Az anyagok minden fizikai s kmia
- Slides: 84
ANALITIKAI KÉMIA Az anyagok minden fizikai és kémia tulajdonsága, legkülönbözőbb fizikai és kémiai változásai szolgálhatnak analitikai kémiai eljárások alapjául. Az analitikai kémia egységét a különböző részterületeken nyert információk egymást kiegészítő jellege és az azonos folyamatok különböző céllal történő alkalmazása mellett, az azonos szemléletmód határozza meg. Ennek lényege a (fizikai) kémia törvényszerűségeinek tudatos alkalmazása az analitikai feladatok megoldására. Az analitikai kémia tehát a kémia alkalmazott tudományága.
GYTK 101 -1 ANALITIKAI KÉMIA Tematika: I. Oldategyensúlyok kvantitatív leírása és analitikai kémiai alkalmazásaik 1 -3. hét: 4 -5. hét: 6. hét: 7 -8. hét: Sav-bázis egyensúlyok Komplexképződési egyensúlyok Csapadékképződési egyensúlyok Redoxi egyensúlyok II. Elválasztási módszerek 9 -10. hét: Elválasztási módszerek általános jellemzése, fázisátalakulással járó módszerek 11 -12. hét: Kromatográfiás módszerek 13. hét: Az analízis előkészítő műveletei 14. hét: Kémiai analízis végrehajtása. Felkészülés az írásbeli vizsgára.
Ajánlott irodalom: Burger Kálmán: A mennyiségi analízis alapjai: kémiai és műszeres elemzés, Semmelweis Kiadó, Bp. 1999, Alliter, Bp. 2002. Pokol György-Sztatisz Janisz (szerk. ): Analitikai kémia, BME Kiadó, Budapest 1999. D. A. Skoog, D. M. West, F. J. Holler: Fundamentals of analytical chemistry, Saunder College Publ. New York, 1988. , 2006 Gyurcsik Béla, Károlyné-Lakatos Andrea, Labádi Imre: Analitikai Kémiai Számítások, Juhász Gyula Kiadó, 2007 Előadás anyaga: tanszéki honlap, Irinyi másoló (korábbi változat)
Követelmények: -Az előadásokon, különös tekintettel a két számonkérő foglalkozásra, kötelező a részvétel. -A március 31 -i és az április 28 -i héten 1 órás zárthelyi dolgozat az elméleti anyagból, nem számolási feladatokból (40%-tól elfogadott, 80%-tól jeles). Az elért eredmény befolyásolja a szigorlat érdemjegyét (gyógyszerészek), illetve fele arányban beszámít a félévi írásbeli kollokvium érdemjegyébe (kémia szakosok). -Az aláírás feltétele, hogy a hallgató legalább egy számonkérőn vegyen részt (gyógyszerészek és kémia szakosok). Ha ezek átlaga az elégséges szintet nem éri el, a hallgató szintén vizsgára bocsátható, de csak ismételt vizsgára (kémia szakosok). -A követelmények a félév folyamán nem változnak és az ETR-en az Annotáció címszó alatt olvashatók.
ANALITIKAI KÉMIA 1. Kvalitatív vagy minőségi analízis: az anyagot képező komponensek azonosítása - milyen atomok - milyen atomcsoportok - milyen molekulák - milyen fázisok 2. Kvantitatív vagy mennyiségi analízis: az anyagot képező komponensek - mennyiségének - koncentrációjának - arányának meghatározása
ANALITIKAI KÉMIA XVII. sz. : - Robert Boyle - sav-bázis mérések, indikátorok első nyomai XVIII. sz. : - Claude Joseph Geoffroy - ecetsav meghatározása hamuzsír segítségével (1729) - Francis Home - hamuzsír vizsgálata. (1756)
„A célból, hogy felfedezzük, hogy a savak milyen hatással vannak ezekre a hamukra, és, hogy megállapíthassuk, hogy a savak mekkora mennyisége roncsolhatná ezeket - amiből némileg következtethetnénk a hamuban lévő sók (hamuzsír) erősségére és mennyiségére - vettem egy drachma hamut és erre ráöntöttem egy olyan elegyet, amely 1 rész salétromsavat és hat rész vizet tartalmazott. Ezt az oldatot használom a továbbiakban is. Savelegynek fogom nevezni. Hozzáöntéskor pezsgés következett be, és ez csak 12 teáskanálnyi savelegy hozzáadása után szűnt meg. Ez a pezsgés minden kanál savelegy hozzáadásakor igen erős volt, de nem tartott hosszú ideig. ”
ANALITIKAI KÉMIA - Antoine Laurent Lavioisier: „Minden vegyész tudja, hogy ha egy ásványvíz olyan kis mennyiségű alkáliát tartalmaz, melyet kristályosítással már nem lehet elválasztani, akkor a mennyiségét oly módon lehet kiértékelni, hogy cseppenként telítésig adunk hozzá valamilyen savat. ” (1778) - Tornbern Bergman: Az ásványok nedves úti elemzése. (1780) -Jeremiás Benjamin Richter: „Mivel a kémia matematikai részének tárgyát többnyire olyan testek képezik, amelyek oszthatatlan anyagok, vagyis elemek, és mivel ez a tudomány a köztük levő nagyságarányok meghatározását tárgyalja, ezért e tudomány számára nem tudtam rövidebb és illendőbb elnevezést találni a Stöchyometria szónál, a görög -ból (sztoicheion), mely valami olyasmit jelent, hogy tovább már nem osztható, és a -ból (metron), mely nagyságarányok megkeresését jelenti. ” (1793)
ANALITIKAI KÉMIA XIX. sz. : A század elején a kémiai minőségi elemzés legtöbb reakcióját már ismerik. - Joseph Louis Gay-Lussac - szulfidcsapadékok jelentősége. (1811) - Carl Remigius Fresenius - a minőségi kémiai analízis áttekinthető, mai napig is helytálló rendszere. (1841) - John Dalton - atomelmélet. (1808) - Föns Jakob Berzelius - atomsúly meghatározás, később Stanislaw Cannizzaro egységesítette a fogalmakat és az értékeket. (1860) Friedrich Mohr: Lehrbuch der Chemisch-analytischen Titrirmethode. (1855).
Mohr árjegyzéke: Szorítócsapos büretta (60 ml-es, 0, 2 ml-es beosztással) Pipetták Mérőüvegek (nyakukon vonással, hitelesítve) 1 Tallér 10 garas 100 ml-es 50 ml-es 10 ml-es 20 garas 15 garas 10 garas 500 ml-es 20 garas
ANALITIKAI KÉMIA XIX. sz. : A század közepén megjelennek a redoxi mérések a titrimetriás meghatározások között. Mérőoldatok: - Margueritte - kálium-premanganát. (1846) - Frederich Penny - kálium-kromát. (1850) - Alphonse Du Pasquier - jódmérőoldat készítése. (1840) - Robert Wilhelm Bunsen - jodometria visszamérés elvén - kénessav mérőoldat. (1853)
ANALITIKAI KÉMIA XX. sz. : - Schwarz - tioszulfát mérőoldat a jodometriában. (1956) - Gerold Schwarzenbach - komplexometria. (1946) A század második felében a klasszikus módszerek mellett egyre nagyobb teret hódítanak a műszeres vizsgáló módszerek.
ANALITIKAI KÉMIA 1. Klasszikus analízis: Kémiai reakciók tervszerű sorozatának végrehajtása során megfigyeljük a változást (minőség), illetve mérjük az észlelt változás mértékét (mennyiség). 2. Műszeres analízis: Kémiai reakciók műszeres végpontjelzése. Kémiai rendszerek kölcsönhatását vizsgáljuk külső energiafajtákkal. A különböző módszerek által alkalmazott energiaféleségek: - elektromágneses hullámok (spektroszkópia) - elektromos energia (elektroanalitika) - hőenergia (termikus elemzések) - mágneses energia (mágneses mérések, tömegspektrometria).
A kémiai analízis néhány típusa • Elemi összetétel meghatározása (pl. C, H, N analízis) • Komponensek koncentrációjának meghatározása (pl. vérkép) • Anyag tisztaságának meghatározása (pl. gyógyszeranalízis) • Szennyezők milyenségének és mennyiségének meghatározása (pl. nemesfémek „szennyeződéstérképe”) Szelektív reakciók – az anyagok egy adott körére alkalmazható Specifikus reakciók – kizárólag egy adott anyaggal játszódnak le
ANALITIKAI KÉMIA I. Oldategyensúlyok kvantitatív leírása és analitikai kémiai alkalmazásaik: Térfogatos analízis (titrimetria) A mérőoldat (ismert koncentrációjú reagensoldat) mérendő anyaghoz történő adagolása titrálás útján történik. A mérőoldatot jól ismert reakcióban reagáltatjuk a meghatározandó komponenssel. A felhasznált mérőoldat térfogatát mérjük. A titrálás ekvivalenciapontja az, amikor a reakcióegyenletnek megfelelően ekvivalens mennyiségben reagáltatjuk a mérőoldatot a mérendő komponenssel. Végpontja pedig az, amikor ezt jelezni tudjuk. A fogyott mérőoldat térfogatának és koncentrációjának ismeretében kiszámíthatjuk a mérendő anyag mennyiségét.
Térfogatos analízis (titrimetria, volumetria) Felhasználható kémiai reakciók, melyek: 1. a reakciópartnerek ekvivalens mennyiségének egymásra hatása során gyakorlatilag teljesen (kvantitatívan) végbe mennek (nincs szükség reagens feleslegre); 2. adott reakcióegyenlet értelmében, a sztöchiometria szabályai szerint játszódnak le (a képződött termékek összetétele pontos és nincsenek mellékreakciók); 3. gyorsak; 4. végpontjuk jelezhető/indikálható.
Térfogatos analízis A titrimetriában használt reakciók két fő csoportja: 1. Az ionok egyesülésén (asszociációján) alapuló reakciók: - semlegesítési, sav-bázis reakciók (neutralizációs analízis) - komplexképződési reakciók (komplexometria) - csapadékképződési reakciók (csapadékos titrálások) 2. Elektronátmenettel járó reakciók (redoxireakciók): - oxidimetria (titrálás oxidáló mérőoldattal) - reduktometria (titrálás redukáló mérőoldattal) - jodometria (a jód-jodid rendszer közepes redoxipotenciálja révén mind redukáló, mind oxidáló rendszerek mérésére alkalmas).
SAV-BÁZIS EGYENSÚLYOK Sav-bázis elméletek 1. Arrhenius (Ostwald) elmélet (elektrolitikus) disszociáció savak bázisok H+-ra és savmaradékra disszociálnak OH--ra és kationra disszociálnak hiányosságok: (i) csak vizes közegben érvényes (ii) H+-ion oldatban önmagában nem létezhet (iii) spontán disszociációt feltételez (iv) sók hidrolízisét (pl. Na 2 CO 3 v. NH 4 Cl) nem tudja értelmezni
Sav-bázis elméletek 2. Brönsted - Lowry elmélet sav-bázis párok közötti protonmegoszlási reakciók savak bázisok H+ iont adnak le (protondonorok) H+ iont vesznek fel (protonakceptorok) H+ sav 1 + bázis 2 <=> bázis 1 + sav 2
2. Brönsted - Lowry elmélet sav 1 + bázis 2 <=> bázis 1 + sav 2 HNO 3 + H 2 O <=> NO 3 - + H 3 O+ CH 3 COOH + H 2 O <=> CH 3 COO- + H 3 O+ HCl. O 4 + HNO 3 <=> Cl. O 4 - + H 2 NO 3+ H 2 O + CH 3 COO- <=> OH- + CH 3 COOH H 2 O + (Na+) + OH- <=> OH- + (Na+) + H 2 O NH 4+ + H 2 O <=> NH 3 + H 3 O+
2. Brönsted - Lowry elmélet sav 1 + bázis 2 <=> bázis 1 + sav 2 HNO 3 + H 2 O <=> NO 3 - + H 3 O+ CH 3 COOH + H 2 O <=> CH 3 COO- + H 3 O+ HCl. O 4 + HNO 3 <=> Cl. O 4 - + H 2 NO 3+ H 2 O + CH 3 COO- <=> OH- + CH 3 COOH H 2 O + (Na+) + OH- <=> OH- + (Na+) + H 2 O NH 4+ + H 2 O <=> NH 3 + H 3 O+
2. Brönsted - Lowry elmélet jellemzői • • a protonért folytatott versengés (kompetíció) korlátja, hogy a savas funkciót a proton jelenlétéhez köti nemvizes közegekre is alkalmazható a sav erőssége erősen függ az oldószertől értelmezi a disszociációt értelmezi a hidrolízist erős sav: konjugált bázispárja gyenge bázis a savas vagy bázisos karakter függ attól, hogy milyen reakcióba visszük az anyagot, pl.
2. Brönsted - Lowry elmélet Amfolitok H 2 O + HCO 3 - <=> H 2 CO 3 + OHHCO 3 - + H 2 O <=> CO 32 - + H 3 O+ H 2 O + Hox- <=> H 2 Ox + OHHox- + H 2 O <=> Ox 2 - + H 3 O+ sav 1 + bázis 2 <=> bázis 1 + sav 2
2. Brönsted - Lowry elmélet Öndisszociáció (autoprotolízis) H 2 O + H 2 O <=> H 3 O+ + OH- (K = 10 -14 M 2) H 2 SO 4 + H 2 SO 4 <=> H 3 SO 4+ + HSO 4 - (K = 10 -4 M 2) NH 3 + NH 3 <=> NH 4+ + NH 2 - (K = 10 -22 M 2) Savasság, bázikusság jellemzése az “ónium” ionok koncentrációjával
Sav-bázis elméletek 3. Lewis-féle elmélet savak bázisok elektronpár befogadására képesek (akceptorok, pl. fémionok) elektronpár átadására képesek ( donorok, nemkötő e--párral rendelkező vegyületek) - magában foglalja és kiterjeszti a Brönsted - Lowry elméletet H 3 O+ + : Cl- <=> HCl + H 2 O BCl 3 + : NH 3 <=> Cl 3 B: NH 3 - a komplexképződést is beolvasztja a sav-bázis reakciók körébe Cu(H 2 O)62+ + 4 : NH 3 <=> Cu(NH 3)42+ + 6 H 2 O - hátránya: nem tehető kvantitatívvá
Sav-bázis elméletek 4. Uszanovics elmélet savak bázisok elektron vagy anion felvételére ill. proton vagy kation leadására képes vegyületek elektron vagy anion leadására ill. proton vagy kation felvételére képes vegyületek - a redoxireakciókat is beolvasztja a sav-bázis reakciók körébe - nem túl jól sikerült. . .
A víz öndisszociációja H 2 O + H 2 O <=> H 3 O+ + OH[H 2 O] = 55, 5 M >> [H 3 O+] vagy [OH-], állandó H 3 O+-t mostantól H+-nak jelöljük Kv = [H+]. [OH-] = 10 -14 M 2 tiszta vízben: [H+] = [OH-]
A p. H fogalma Kv = [H+]. [OH-] = 10 -14 M 2 tiszta vízben: [H+] = [OH-] = 10 -7 M semleges kémhatású vizesp. H oldatban: = -lg 10[H+] p. H =“p”X p. OH==“-log 7 10”X A disszociáció egyensúly jellegéből adódóan: p. Kv = p. H + p. OH = 14 minden vizes oldatban! savas kémhatású vizes oldatban [H+] > [OH-]; p. H < 7 lúgos kémhatású vizes oldatban [H+] < [OH-]; p. H > 7
SAV-BÁZIS EGYENSÚLYOK Brönsted - Lowry elmélet Savak és bázisok erősségének jellemzésére -az oldószerrel való protonmegoszlás egyensúlyi állandóját használjuk sav 1 + bázis 2 <=> bázis 1 + sav 2 HA + H 2 O <=> A- + H 3 O+ Ks savi disszociáció állandó, HA-nak H 3 O+-hoz viszonyított savi erősségét fejezi ki H 2 O + A- <=> OH- + HA Kb bázisos disszociáció állandó, A--nak OH--hoz viszonyított báziserősségét fejezi ki
SAV-BÁZIS EGYENSÚLYOK Konjugált sav-bázis párra: Ks. Kb = = [H 3 O+] [OH-] = Kv Táblázatokban mindig a semleges forma erősségére vonatkozó adatok vannak feltüntetve.
KÉMIAI EGYENSÚLY KVANTITATÍV JELLEMZÉSE 1. Anyagmérleg: az adott anyag különböző előforduló anyagféleségek egyensúlyi koncentrációinak összege. 2. Töltésmérleg: az elektronra vonatkozó anyagmérleg; a pozitív és negatív töltésű ionok egyensúlyi koncentrációinak összege megegyezik. 3. Az egyensúlyi koncentrációk közötti összefüggések (tömeghatás törvényének alkalmazása); egyensúlyi állandók
SAV-BÁZIS EGYENSÚLYOK KVANTITATÍV JELLEMZÉSE Erős savak (HA) és erős bázisok (BOH) p. H-ja HCl <=> H+ + Cl. HA <=> H+ + A- Na. OH <=> Na+ + OHBOH <=> B+ + OH- A disszociáció gyakorlatilag teljes. anyagmérleg: cs = [A-] elektroneutralitás: [H+] = [A-] + [OH-] tömeghatás törv: Kv = [H+] [OH-] [H+]2 - cs [H+] - Kv= 0 cb = [B+] [OH-] = [B+] + [H+] Kv = [H+] [OH-]2 - c. B [OH-] - Kv= 0
SAV-BÁZIS EGYENSÚLYOK KVANTITATÍV JELLEMZÉSE Erős savak (HA) és erős bázisok (BOH) p. H-ja HCl <=> H+ + Cl. Na. OH <=> Na+ + OHHA <=> H+ + A- BOH <=> B+ + OHA disszociáció gyakorlatilag teljes. ha c 10 -5 mol/dm 3 akkor: [H+] >> [OH-] >> [H+] anyagmérleg: elektroneutralitás: cb = [B+] [OH-] = [B+] cs = [A-] [H+] = cs p. H = pcs [OH-] = cb p. OH = pcb
SAV-BÁZIS EGYENSÚLYOK KVANTITATÍV JELLEMZÉSE Erős savak (HA) és erős bázisok (BOH) p. H-ja Pontszerzési lehetőség: azonos koncentrációjú erős sav és erős bázis p. H-ja közötti összefüggés Excel ábrán bemutatva - önálló munka!
SAV-BÁZIS EGYENSÚLYOK KVANTITATÍV JELLEMZÉSE Gyenge savak és bázisok p. H-ja (BRÖNSTED EGYENLET) cs koncentrációjú (HA) és cb koncentrációjú konjugált bázis (BA) pár HA + B+ + A- + OH- <=> A- + B+ + H 2 O anyagmérleg: töltésmérleg: cs + cb = [A-] + [HA]; cb = [B+] [H+] + [B+] = [A-] + [OH-] tömeghatás törvénye: ; Kv = [H+] [OH-] BRÖNSTED EGYENLET [H+]3 + (cb + Ks)[H+]2 - (Ks. cs + Kv)[H+] - Ks. Kv = 0
SAV-BÁZIS EGYENSÚLYOK KVANTITATÍV JELLEMZÉSE BRÖNSTED EGYENLET Alkalmas gyenge savak vagy gyenge bázisok (beleértve a hidrolizáló sókat is) illetve pufferoldatok p. H-jának számítására. Gyenge savak p. H-ja (cb = 0) HA <=> H+ + A- [H+]3 + Ks[H+]2 - (Ks. cs + Kv)[H+] - Ks. Kv = 0
SAV-BÁZIS EGYENSÚLYOK KVANTITATÍV JELLEMZÉSE Gyenge savak p. H-ja (cb = 0) HA <=> H+ + A- Lehetséges elhanyagolások: - A gyenge sav azért sav, azaz oldata egyértelműen savas kémhatású. Ks > 10 -7 és [H+] >> [OH-] [H+]2 + Ks[H+] - Ks. cs = 0 - A gyenge sav valóban gyenge, azaz a disszociáció mértéke < 5%. cs >> [H+]2 = Ks. cs p. H = 1/2 p. Ks + 1/2 pcs
SAV-BÁZIS EGYENSÚLYOK KVANTITATÍV JELLEMZÉSE Gyenge savak p. H-ja
SAV-BÁZIS EGYENSÚLYOK KVANTITATÍV JELLEMZÉSE Gyenge savak p. H-ja Gyenge sav [H+]3 + Ks[H+]2 - (Ks. cs + Kv)[H+] - Ks. Kv = 0 Gyenge sav = erős sav p. H = pcs
SAV-BÁZIS EGYENSÚLYOK KVANTITATÍV JELLEMZÉSE Gyenge savak p. H-ja HA <=> H+ + A- Lehetséges elhanyagolások: - A gyenge sav azért sav, azaz oldata egyértelműen savas kémhatású. Ks > 10 -7 és [H+] >> [OH-] töltésmérleg: [H+] = [A-] + [OH-] helyett: [H+] [A-] anyagmérleg: cs = [A-] + [HA] - A gyenge sav valóban gyenge, azaz a disszociáció mértéke < 5%. cs >> [H+] anyagmérleg: cs [HA]
SAV-BÁZIS EGYENSÚLYOK KVANTITATÍV JELLEMZÉSE Gyenge bázisok p. H-ja (cs = 0) -Teljes analógia a gyenge savaknál elmondottakkal. -Teljes “szimmetria” a számításra alkalmas összefüggésekben, azzal, hogy: Ks helyett Kb cs helyett cb és [H+] helyett [OH-] (és fordítva) szerepel. [OH-]3 + Kb[OH-]2 - (Kb. cb + Kv)[OH-] - Kb. Kv = 0 [OH-]2 + Kb[OH-] - Kb. cb = 0 [OH-]2 = Kb. cb p. OH = 1/2 p. Kb + 1/2 pcb Kv = [H+] [OH-] ill. p. Kv = p. H+p. OH segítségével a p. H számítható
SAV-BÁZIS EGYENSÚLYOK KVANTITATÍV JELLEMZÉSE „Hidrolizáló” sók oldatának p. H-ja 1. Gyenge sav erős bázissal képzett sójának p. H-ja (gyenge bázis p. H-ja) (Na+) + A- + H 2 O <=> (Na+) + HA + OH(Na+) + CH 3 COO- + H 2 O <=> (Na+) + CH 3 COOH + OH 2. Gyenge bázis erős savval képzett sójának p. H-ja (gyenge sav p. H-ja) HA+ <=> A + H+ NH 4+ <=> NH 3 + H+ Mivel a legtöbb esteben a K értékek a semleges molekulára vannak megadva (CH 3 COOH, ill. NH 3), a számítás során figyelembe kell venni, hogy: Kv = Ks Kb. Pontszerzési lehetőség: Számítsa ki a 0. 025 mol/dm 3 koncentrációjú NH 4 Cl oldat p. H-ját a megfelelő egyenletet felhasználva (Kb = 1, 75 10 -5) - önálló munka!
SAV-BÁZIS EGYENSÚLYOK KVANTITATÍV JELLEMZÉSE Pufferoldatok (tompító, v. kiegyenlítő oldatok) p. H-ja Olyan vizes oldatok, amelyek - gyenge savból és a gyenge sav erős bázissal alkotott sójából állnak (pl. Na. Ac + Hac, Ac- = acetátion; HAc/Ac-) - gyenge bázisból és a gyenge bázis erős savval alkotott sójából állnak (pl. NH 3×H 2 O + NH 4 Cl; NH 3/NH 4+) Azaz konjugált gyenge sav-bázis párok összemérhető analitikai koncentrációjú oldatai. Henderson-képlet: p. H = p. Ks + p(cs/cb) p. OH = p. Kb + p(cb/cs)
Pufferoldatok (tompító, v. kiegyenlítő oldatok) p. H-ja BRÖNSTED EGYENLET Lehetséges elhanyagolások: 1. savas kémhatású pufferoldatban Ks > 10 -7 és [H+] >> [OH-] 2. lúgos kémhatású pufferoldatban Ks < 10 -7 és [OH-] >> [H+] 3. gyakorlati pufferoldatban cs és cb >> [H+] ill. [OH-]
Pufferoldatok (tompító, v. kiegyenlítő oldatok) p. H-ja Miért puffer? p. H-ja viszonylag érzéketlen az erős sav vagy erős bázis hatására. HA/A- + erős sav (H+): A- + H+ <=> HA HA/A- + erős bázis (OH-): HA + OH- <=> A- + H 2 O Mitől függ a pufferoldat p. H-ja? p. H = p. Ks + p(cs/cb) - A gyenge sav ill. bázis p. K-jától. - A cs / cb aránytól, és amíg c >> [H+] ill. [OH-], addig közel független a koncentrációtól. E képletben a fentiek miatt cs/cb helyett az ns/nb kifejezést is használhatjuk.
Pufferoldatok (tompító, v. kiegyenlítő oldatok) p. H-ja -Gyakorlati puffertartomány: p. K 1 p. H egység (Az erős sav is “pufferel” p. H 0 - 1, ill. az erős bázis p. H 13 -14 között. ) - A pufferek sem tudnak “végtelen” mennyiségű savat vagy lúgot elviselni jelentős p. H változás nélkül.
Pufferoldatok (tompító, v. kiegyenlítő oldatok) p. H-ja 1. Erős sav hatása: 2. Erős bázis hatása: Pufferkapacitás - megadja, hogy a pufferoldat 1 dm 3 -éhez mennyi erős savat vagy erős bázist kell adni ahhoz, hogy p. H-ja egységnyit változzon.
SAV-BÁZIS EGYENSÚLYOK KVANTITATÍV JELLEMZÉSE Lépcsőzetes disszociáció (ill. asszociáció): Hn. A Kd 1 Kn Hn-1 A Kd 2 Hn-2 A K(n-1) k+ Hn. A disszociáció Bármely i = 1, … , n-re: Kd 1 Kn Kd 3 K(n-2) …. . . … Kd(n-1) K 2 HA Kdn K 1 A Hn-1 A(k-1)+ + H+ asszociáció - protonálódás , azaz log Kn-i = p. Kdi
SAV-BÁZIS EGYENSÚLYOK KVANTITATÍV JELLEMZÉSE Többértékű savak és bázisok p. H-ja 1. Lépcsőzetes disszociáció: Pontszerzési lehetőség: Bizonyítsa be, hogy bármely i = 1, … , n-re: p. Ksi + p. Kb(n-i+1) = 14 - önálló munka!
SAV-BÁZIS EGYENSÚLYOK KVANTITATÍV JELLEMZÉSE Többértékű savak és bázisok p. H-ja 1. Lépcsőzetes disszociáció: Bizonyítsajellemző be, hogydisszociációs bármely i = 1, állandók … , n-re: egyre 2. Pontszerzési Az egymástlehetőség: követő lépcsőket p. Ksi + p. Kb(n-i+1) =K 14 s 1 > - önálló kisebbek: Ks 2 > munka! Ks 3 > … > Ks(n-1) > Ksn p. Ks 1 < p. Ks 2 < p. Ks 3 < … < p. Ks(n-1) < p. Ksn - Le Chatelier - Braun elv - elektrosztatikus ok - statisztikus ok (kétértékű sav esetén: (Ks 1/Ks 2 = 4) p. H számolása: - p. Ksi - p. Ks(i+1) 4 esetén nincs átfedés a disszociációs lépcsők között számolás ugyanúgy, mint az egyértékű savak esetén. - Amennyiben a fenti feltétel nem teljesül bonyolult számítások.
Kétértékű savak p. H-ja és egyensúlyai p. Ks 1 egyértékű gyenge sav p. Ks 1 p. Ks 2
Kétértékű savak p. H-ja és egyensúlyai p. Ks 1 egyértékű gyenge sav p. Ks 1 p. Ks 2 egyértékű gyenge bázis p. Kb 1(=14 -p. Ks 2)
Kétértékű savak p. H-ja és egyensúlyai p. Ks 1 egyértékű gyenge sav p. Ks 1 puffer: H 2 A+/HA p. Ks 2 puffer: HA/A- egyértékű gyenge bázis p. Kb 1(=14 -p. Ks 2)
Kétértékű savak p. H-ja és egyensúlyai p. Ks 1 = 14 - p. Kb 2 A HA amfolit savi illetve báziserősségének viszonya szabja meg, hogy az oldata savas (p. H < 7) vagy bázikus kémhatású (p. H > 7) lesz.
Kétértékű savak p. H-ja és egyensúlyai Δp. K = 4
Kétértékű savak p. H-ja és egyensúlyai Δp. K = 6
Kétértékű savak p. H-ja és egyensúlyai Δp. K = 1
SAV-BÁZIS EGYENSÚLYOK KVANTITATÍV JELLEMZÉSE Sav - bázis titrálási görbék 1. Erős sav - erős bázis titrálási görbék 1. kezdeti p. H kiszámítása 2. ekvivalenciapont előtti tartomány p. H értékei 3. ekvivalenciapont p. H-ja 4. ekvivalenciapont utáni (túltitrált) oldat p. H értékei V 0 = 10, 00 ml cs = 0, 100 mol/dm 3 cb = 0, 100 mol/dm 3 titráltsági fok (%) 0 50 90 99 99, 9 100, 1 101 110 150 [H+] = cs ill. [H+]2 - cs [H+] - Kv= 0 p. H = 7 [OH-] = cb ill. [OH-]2 - c. B [OH-] - Kv= 0 p. H 1, 0 1, 5 2, 3 3, 3 4, 3 7 9, 7 10, 7 11, 7 12, 3 logaritmikus görbe
1. Erős sav - erős bázis titrálási görbék [OH-] = cb [OH-]2 - c. B [OH-] - Kv= 0 [H+]2 - cs [H+] - Kv= 0 [H+] = cs
1. Erős sav - erős bázis titrálási görbék - koncentráció függés cb csökkenése cs csökkenése
Sav - bázis titrálási görbék 2. Gyenge sav - erős bázis titrálási görbék 1. kezdeti p. H kiszámítása 2. ekvivalenciapont előtti tartomány p. H értékei 3. ekvivalenciapont p. H-ja 4. ekvivalenciapont utáni (túltitrált) oldat p. H értékei V 0 = 10, 00 ml cs = 0, 100 mol/dm 3 Ks = 1, 86 10 -5 (p. Ks = 4, 73) cb = 0, 100 mol/dm 3 [OH-] = cb titráltsági fok (%) 0 10 50 90 99 100 101 110 150 p. H 2. 9 3, 8 4, 7 5, 7 6, 7 8. 7 !!! 10, 7 11, 7 12, 3
2. Gyenge sav - erős bázis titrálási görbék p. Ks CH 3 COOH HCl
2. Gyenge sav - erős bázis titrálási görbék - koncentráció függés cb csökkenése cs csökkenése
2. Gyenge sav - erős bázis titrálási görbék - p. Ks függés Ks csökkenése p. Ks növekedése
SAV-BÁZIS EGYENSÚLYOK KVANTITATÍV JELLEMZÉSE Sav - bázis titrálási görbék 3. Erős bázis - erős sav titrálási görbék 4. Gyenge bázis - erős sav titrálási görbék Mindkét esetben analógia az eddigiekben elhangzottakkal. A titrálási görbék alakja minden esetben függ még a titrálás körülményeitől, mint pl. a hőmérséklet, ionerősség, stb. Pontszerzési lehetőség: Mutassa be egy Excel ábrán, hogyan változik meg egy erős bázis - erős sav titrálási görbe alakja, ha a hőmérsékletet 298, 0 K-ről 373, 0 K-re növeljük. Az utóbbi hőmérsékleten a víz ionszorzata 10 -12 M 2. Legyen a kiindulási térfogat 10, 00 ml, és a sav-, és a bázisoldat koncentrációja is 0, 100 M.
SAV-BÁZIS EGYENSÚLYOK KVANTITATÍV JELLEMZÉSE Sav - bázis titrálási görbék 5. Többértékű savak titrálási görbéi
SAV-BÁZIS EGYENSÚLYOK KVANTITATÍV JELLEMZÉSE 5. Többértékű savak titrálási görbéi A titrálási görbék elkülönülése a lépcsőzetes állandók különbségétől függ
SAV-BÁZIS EGYENSÚLYOK KVANTITATÍV JELLEMZÉSE Sav - bázis titrálási görbék 5. Többértékű savak és bázisok titrálási görbéi A titrálási lépcsők elkülönülése a lépcsőzetes disszociációs állandó értékek különbségétől függ. 6. Sav-, és báziskeverékek titrálási görbéi A titrálási lépcsők elkülönülése a lépcsőzetes disszociációs állandó értékek különbségétől, és a savak relatív koncentrációjától függ. Pontszerzési lehetőség: Ábrázoljon Excel ábrán egy erős és gyenge sav keverékének erős bázissal törénő tirálására jellemző görbét! Legyen a kiindulási térfogat 10, 00 ml, és mindkét sav-, és a bázisoldat koncentrációja is 0, 100 M (p. Ks = 4, 73).
Sav - bázis titrálási görbék - végpontjelzési módszerek a) Sav-bázis indikátorok Gyenge sav-bázis párok: p. Ks = p. Ki indikátorexponens Működési elvük lényege, hogy egyes szerves festékek színe oldataik p. H-jától függően változik: más a színe a savas és a bázisos (disszociálatlan és dissociált) formának (egyszínű és kétszínű indikátorok, keverék indikátorok). Ilyen festékmolekula pl. a metilnarancs: sárga - bázisos piros - savas
Sav - bázis titrálási görbék - végpontjelzési módszerek a) Sav-bázis indikátorok Átcsapási tartomány: p. Hátcsapás ± p. H = p. Kind ± 1, azaz és között.
Sav - bázis titrálási görbék - végpontjelzési módszerek a) Sav-bázis indikátorok Átcsapási tartomány: p. Hátcsapás ± p. H = p. Kind ± 1 Ekvivalenciapont: ekvivalens mérőoldat mennyiség hozzadását jellemző állapot (p. H) Végpont: ahogy ezt észlelni tudjuk (vizuálisan vagy műszeresen) A kettő közötti különbség az Indikátorhiba (pl. 0, 1 M ecetsav titrálása, p. Kind = 6 - átmeneti színt érzékeljük), hiba 5, 3 %) és
Sav - bázis titrálási görbék - végpontjelzési módszerek a) Sav-bázis indikátorok - Indikátor kiválasztás szempontjai b) Műszeres végpontmeghatározás A titrálási görbe inflexiós pontjának meghatározása: grafikus ill. számítógépes módszerek, pl. Gran féle linearizálás.
Sav - bázis titrálások gyakorlata - alapfogalmak Mérőoldatok A mérőoldat koncentrációja Molaritás (anyagi minőségre jellemző) Normalitás, egyenértéktömeg (reakciófüggő mennyiségek) A mérőoldattal szemben támasztott követelmények - koncentrációja az időben ne változzék - gyors reakcióba lépjen - a reakció teljes legyen - legyen megfelelő végpontjelzési módszer Savmérőoldatok: Lúgmérőoldatok: HCl, HCl. O 4 vagy (H 2 SO 4) Na. OH, KOH vagy (Ba(OH)2) A mérőoldatok tömény oldatokból közelítő pontosságú hígítással készíthetők, pontos koncentrációjukat meg kell határozni: standardizálás.
Sav - bázis titrálások gyakorlata - alapfogalmak Mérőoldatok A mérőoldat standardizálása faktor fogalma - ellentmondásossága c = 0, 1683 mol/dm 3 c ~ 0, 1 M és f = 1, 683 c ~ 0, 15 M és f = 1, 122 c ~ 0, 2 M és f = 0, 842 A standardizáló alapanyaggal szemben támasztott követelmények - lehető legnagyobb tisztaságú legyen - időben ne változzék - könnyen hozzáférhető legyen - egyenértéktömege nagy legyen Savmérőoldatokhoz: KHCO 3, bórax (Na 2 B 4 O 7 10 H 2 O) vagy Hg. O (Hg. O+4 I-+H 2 O = [Hg. I 4]2 - + 2 OH-) Lúgmérőoldatokhoz: HCl, KH-ftalát, KHIO 3 vagy (COOH)2
Sav - bázis titrálások gyakorlata Közvetlen sav - bázis mérések - erős savak, erős bázisok meghatározása -gyenge savak (határ p. Ks>7), foszforsav (p. K 2, 1; 7, 2; 12, 3), bórsav (p. K 9, 2) meghatározása - Na. OH és Na 2 CO 3 illetve Na. HCO 3 és Na 2 CO 3 egymás melletti meghatározása (Na. OH és Na. HCO 3 egymás mellett? ) - gyenge bázisok (határ p. Kb>7), NH 3, szerves anyagok nitrogéntartalmának meghatározása
Sav - bázis titrálások gyakorlata • NH 3 meghatározása mineralizálás (“N” => NH 3, redukcióval) Kjeldahl féle roncsolás (H 2 SO 4 -ban, Se vagy Cu. SO 4 kat. ) NO 2 - ill. NO 3 - redukciója Devarda ötvözet (50% Cu, 45% Al, 5%Zn, lúgos közeg) Arndt ötvözet (60% Cu, 40% Mg, semleges közeg) Raney nikkel (Ni por, savas közeg) desztillálás, majd mérés (direkt módon vagy visszaméréssel) • CO 2 meghatározása alkalimetriás eljárás, lényege Ba(OH)2 + CO 2 = Ba. CO 3 + H 2 O visszaméréses eljárás természetes vizek szénsavtartalmának és változó keménységének (vagy karbonátkeménységének) meghatározása
Sav - bázis titrálások gyakorlata Közvetett sav - bázis mérések (előkészítő reakciók) Hg. O meghatározása (komplexképződési előkészítő reakció) Hg. O + 4 I- + H 2 O = Hg. I 42 - + 2 OHCu 2+ meghatározása (csapadékképződési előkészítő reakció) Cu 2+ + H 2 S = Cu. S + 2 H+ H 2 S ill S 2 O 32 - meghatározása (redoxi előkészítő reakció) H 2 S + 4 Br 2 + 4 H 2 O = 10 H+ + SO 42 - + 8 Br. S 2 O 32 - + 4 Br 2 + 4 H 2 O = 10 H+ + 2 SO 42 - + 8 Br-
Sav - bázis titrálások gyakorlata Titrálások nemvizes közegben Mikor van szükség a víz mellett más (analitikai) oldószerre? - Ha a mérendő anyag oldhatósága vízben kicsi (pl. alkaloidák, szerves bázisok titrálásakor). - Ha a meghatározandó sav vagy bázis disszociációjának mértéke vízben kicsi (Ks < 10 -8). - Ha sav-, vagy báziselegyeket akarunk meghatározni egymás mellett (pl. HCl és HCl. O 4 egymás melletti titrálásakor).
Sav - bázis titrálások gyakorlata - Titrálások nemvizes közegben Oldószerek csoportosítása aprotonos (v. indifferens) oldószerek - protoncserére nem képesek (pl. benzol: C 6 H 6, CCl 4, CHCl 3, CH 2 Cl 2, szénhidrogének, stb. ) protonos oldószerek (amfolitok) - protonleadásra vagy protonfelvételre képesek - hogy melyik: mindig a partnertől függ (pl. H 2 F 2, H 2 SO 4, CH 3 COOH, piridin, NH 3, en, stb. ) savas oldószerek: protonaffinitásuk kicsi (pl. jégecet) bennük a bázisok erőssége nő - nivelláló hatás bennük a savak erőssége csökken - differenciáló hatás bázisos oldószerek: protonaffinitásuk nagy (pl. piridin) bennük a savak erőssége nő - nivelláló hatás bennük a bázisok erőssége csökken - differenciáló hatás
Sav - bázis titrálások gyakorlata - Titrálások nemvizes közegben Két példa az oldószerek differenciáló hatására: 1. Ks értékek jégecetben olyan savakra, amelyek vízben erős savak, Sav HCl. O 4 HBr H 2 SO 4 HCl HNO 3 2. p. Ka(vízben) p. Ka(acetonban) Ks 1, 6 10 -4 4, 0 10 -5 6, 0 10 -7 1, 4 10 -7 4, 2 10 -8 pikrinsav 0, 80 3, 17 szalicilsav 2, 97 9, 53 2, 17 6, 36
Sav - bázis titrálások gyakorlata - Titrálások nemvizes közegben A p. H skála definíciója nemvizes közegekre savasság mértéke = -lg [oldószerkation] „p. H” skálák: ammóniában 22, CH 3 COC 2 H 5 -ban 26, acetonban 21, etanolban 19 egység. 4 -6 komponens folyamatos egymás melletti meghatározása is lehetővé válik. [NH 4+][NH 2 -] = 10 -22 , semleges „p. H” = 11 [C 2 H 5 OH 2+][C 2 H 5 O-] = 10 -19, semleges „p. H” = 9, 5
Sav - bázis titrálások gyakorlata - Titrálások nemvizes közegben Mérőoldatok: Savak: HCl. O 4 jégecetben vagy dioxánban HCl 1 -propanolban Bázisok: Na-acetát jégecetben alkoholos (Met. OH, Et. OH) KOH alkoholátok alkoholos oldata Bu 4 NOH 2 -propanolos oldata Indikálás: vizuális indikátorok potenciometriás végpontjelzés
Sav - bázis titrálások gyakorlata - Titrálások nemvizes közegben Savak titrálása: Bázikus (nivelláló) oldószerekben a savak erőssége megnő, közvetlenül titrálhatókká válnak (esetleg a bázikus csoportok erőssége pedig csökken: pl. aminosavak) pl. piridinben a monohidroxi-karbonsavak fenolos hidroxilcsoportja is közvetlenül titrálható. Differenciáló oldószerekben (acetonitril, aceton) különböző erősségű savak egymás mellett mérhetők. pl. Me. CO-2 -Bu oldószerben erős ásványi savak, karbonsavak és fenolok egymás mellett meghatározhatók. (Vízben hasonló erősségű savak egymás melletti meghatározása. ) Bázisok titrálása: Savas (nivelláló) oldószerben pl. jégecetben gyenge bázisok (primer, szekunder, tercier aminok, amidok, hidrazidok, stb. ) is meghatározhatók akár egymás mellett is.
- Fizikai felmérő rendőrség 2021
- Mozgs
- Fizikai változás fogalma
- Repülés fizikai alapjai
- Atkins fizikai kémia
- Fizikai evolúció
- Francia matematikus
- Katonai fizikai alkalmassági ponttáblázat 2021
- Fizikai evolúció
- Funkcionális analfabétizmus
- Fizikai munka rejtvény
- Schrankó péter
- Grafit kristályrácsa
- Veszélyes áruk csomagolása és jelölése
- Fenn a mennyben az úr minden győztesnek ád akkord
- Parázsló gyújtópálca
- Veszélyes anyagok jelölése
- Gondolatok advent minden napjára
- Minden jog fenntartva
- A napfénytől nagyon félnek csupán sötét égben élnek
- Egyszerű és összetett anyagok
- Ki itt belépsz hagyj fel minden reménnyel
- Minden bántást eltűr
- Felmágnesezés
- Sofia blast kft
- Cmr anyagok
- Vagyok mint minden ember
- Kémiailag tiszta anyagok
- Milyen tényezőktől függ az anyagok oldhatósága
- Hazug paradoxon
- Mágnesezés
- Kompozit anyagok
- Nem minden csacsi csecse