KEM A 02 Allmn och oorganisk kemi JMVIKT

KEM A 02 Allmän- och oorganisk kemi JÄMVIKT i LÖSNING A: Kap 12 Föreläsning 3(3) mer löslighetsprodukt! KEMA 02/ © Sofi Elmroth 2011

Repetition Henderson-Hasselbach ekvationen för beräkning av p. H i ”buffert” - OK att använda - viktigast att förstå när den är applicerbar - egentligen helt onödig! Buffertkapacitet -bra p. H område ca ; p. Ka – 1 < p. H < p. Ka + 1 Utseende titrerkurva - Stark syra + stark bas; ekvivalenspunkt vid p. H = 7 - Svag syra + stark bas; ekvivalenspunkt vid p. H > 7 (stark bas genereras) - Svag bas + stark syra; ekvivalenspunkt vid p. H < 7 (stark syra genereras) - Titrerkurva polyprotolyter; H 2 SO 4, H 2 SO 3, H 2 CO 3, H 3 PO 4 + stark bas (OH-) Indikatorer - Funktion och använding (varför fungerar de? Matchning av indikator titrering) Löslighetsprodukt – mer om detta idag! KEMA 02/ © Sofi Elmroth 2011

12. 9 ”The common ion effect” utsaltning[utfällning] genom tillsats av samma jonslag BAKGRUND Många metalljoner bildar hydroxider vid p. H 7 som faller ut. [jfr deponier!] Den fria metalljonhalten bestäms av löslighetsprodukten, Ksp REAKTION – exempel Al 3+(aq) + 3 H 2 O Al(OH)3(s) + 3 H+ Reaktion ger sur lösning! ÖVER p. H ca 7. 5 löses hydroxiden delvis upp: Al(OH)3(s) a=1 Al 3+(aq) + 3 OH-(aq) s Ksp= 1. 0 E-33 Tabell 12. 4 3 s Uppskattning av ungefärlig halt Al 3+ över Al(OH)3(s): s(3 s)3 = Ksp s = 2. 5 E-9 M ALLTSÅ: Mycket låg halt Al 3+(aq) FRÅGA: Kan man sänka halten Al 3+(aq) ytterligare? KEMA 02/ © Sofi Elmroth 2011

Strategi för sänkning av metalljonhalt TILLSATS AV MER OH- SKJUTER JÄMVIKTEN ÅT VÄNSTER dvs åt reaktanter BERÄKNING för olika [OH-] Al(OH)3(s) a=1 Al 3+(aq) + 3 OH-(aq) s Ksp= 1. 0 E-33 Tabell 12. 4 [OH-] HÄR: Ksp = s[OH-]3 [OH-] Ksp s = [Al 3+(aq)] 1 E-7 0. 1 1. 0 4. 0 s(1 E-7)3 s(0. 1)3 s(1. 0)3 s(4. 0)3 1. 0 E-12 1. 0 E-30 1. 0 E-33 1. 5 E-35 KEMA 02/ © Sofi Elmroth 2011 SLUTSATS: Förvaring i basisk miljö minimerar Al 3+(aq) MEN! Det blir problem då det läcker ut och p. H stiger!

Vad finns mer i rödslam? bildas vid framställing av Al(s) Bauxiten består av aluminiumoxid och aluminiumhydroxid, men även järnmineral*, titanoxider** och aluminiumsilikater***. [1] *Sannolikt Fe(OH)3(s) dvs rost! ** Tex Ti. O, – vitt pigment som används i färg *** Silikater Si. O 2 – vanlig sand VAD ÄR FARLIGT? ! OH-(aq) pga det höga koncentrationen Na. OH/KOH täcker sannolikt torra partiklar - Tungmetaller kan inte uteslutas; ex) Hg, Cr, As - Partiklar KEMA 02/ © Sofi Elmroth 2011 [1] KÄLLA: Jernkontorets forskning; Rapport nr D 182, 2004 -08 -16 U Lindunger & E Stark

Beräkna effekten av ”utsaltning” EXEMPEL 12. 9 Beräkna lösligheten av Ag. Cl(s) i Na. Cl(aq) VAD VÄNTAR VI OSS? ! KEMA 02/ © Sofi Elmroth 2011

12. 10 Utfällningar Selektiv utfällning som analysredskap PROBLEM: Analys av lösningar med flera metalljoner STRATEGI: Fäll ut metaljonerna selektivt tex vid olika p. H och/eller tillsatser analys av färre metaljoner åt gången Fe 2+(aq) Ni 2+(aq) + OH- Ni 2+(aq) Ag+ (aq) KEMA 02/ © Sofi Elmroth 2011 + OH- Ag+ (aq) Fe(OH) 2(s) Ni(OH)2(s)

Hur vet man att ”allt” faller ut och att rätt jon finns i lösning? Fe 2+(aq) Ni 2+(aq) + OH- Ag+ (aq) Fe(OH)2(s) Ni(OH)2(s) SVAR: Löslighetskonstanterna bestämmer! REDKAP: Fällning bildas då Q* > Ksp För upplösning av salt M(OH)n är Q = [Mn+]start([OH] start)n JFR reaktionen: M(OH)n Mn+ + n OHKEMA 02/ © Sofi Elmroth 2011

Blandning av 2 lösningar – vad faller ut? EXEMPEL 12. 10 Faller något ut om lika volymer 0. 2 M Pb(NO 3)2(aq) och KI(aq) blandas? KEMA 02/ © Sofi Elmroth 2011

12. 11 Selektiv utfällning Användning av Ksp för att förutsäga i vilken ordning salter faller ut EXEMPEL 12. 11 Utfällning av Mg 2+ och Ca 2+ ur havsvatten m. hj. a. fast Na. OH(s) KEMA 02/ © Sofi Elmroth 2011

12. 12 Att lösa upp utfällningar Fe 2+(aq) Ni 2+(aq) + OH- Ag+ (aq) Ni(OH)2(s) Fe(OH)2(s) Måste lösas upp innan analys STRATEGI: Manipulering av jämviktsläget Ni(OH)2(s) KEMA 02/ © Sofi Elmroth 2011 2+(aq) Ni + 2 OH+ H 3 O + 2 H 2 O

Strategier exempel olika salter HYDROXIDER – tillsats av syra Ex) Ni (aq) + 2 OH (aq) HO 2 H O RESULTAT: mer Ni Ni(OH)2(s) OH- + 3 2+ + - 2 2+ i lösning KARBONATER – tillsats av syra Ex) Zn (aq) + CO (aq) 2 H O H CO RESULTAT: mer Zn Zn. CO 3(s) CO 32 - + 2+ 3 + 2 3 2 - 3 2+ i lösning SULFIDER – tillsats av oxiderande syra Ex) Cu (aq) + S (aq) + 8 HNO 2 S(s) + 2 NO(g) + 4 H O(l) + 6 NO Cu. S(s) 3 S 2 - KEMA 02/ © Sofi Elmroth 2011 2+ 3 2 - 2 3 - RESULTAT: mer Cu 2+ i lösning

12. 13 Komplexbildning Ytterligare en strategi för upplösning av svårlösliga salter SPECIELLT LÄMPLIG FÖR ÖVERGÅNGSMETALLERNA! Fenomen: ”Maskering av metalljoner” Ag+ Ag. Cl(s) Ag+(aq) + Cl- (aq) Ag+(aq) + 2 NH 3 (aq) Ag(NH 3)2+(aq) EXEMPEL 12. 12: Hur mycket Ag. Cl(s) löses i 0. 1 M NH 3 ? KEMA 02/ © Sofi Elmroth 2011

12. 14 Kvalitativ analys PROBLEM: Komplexa provblandingar svåranalyserade STRATEGI: Separera h. hj. a selektiv utfällning standardiserade metoder finns med protokoll! + HCl(aq) Svårlösliga klorider Hg 2 Cl 2 Pb. Cl 2 Ag. Cl KEMA 02/ © Sofi Elmroth 2011 + NH 3(aq) Dekantera ovanlösningen BASISK Dekantera ovanlösningen SUR PROV + H 2 S(g) Svårlösliga sulfider Mer lättlösliga sulfider Sb 2 S 3 Bi 2 S 3 Hg. S, Cu. S, Cd. S Zn. S, Ni. S Fe. S, Mn. S Analys av ovanlösning