KEM A 02 Allmn och oorganisk kemi SYROR

KEM A 02 Allmän- och oorganisk kemi SYROR OCH BASER Atkins & Jones kap 11. 1 -11. 10 KEMMA 02/ © Sofi Elmroth 2011

ÖVERSIKT - Syror och baser – grundläggande egenskaper - Svaga syror och baser - p. H i lösningar av svaga syror och baser - Flerprotoniga syror - Autoprotolys och p. H KEMMA 02/ © Sofi Elmroth 2011

SYRA-BASNIVÅ ”till vardags” p. H intervall ca 1 – 13 Se även: A&J T 11. 12 KEMMA 02/ © Sofi Elmroth 2011

11. 1. BrØnsted syror och baser (Johannes BrØnsted 1923) DEFINITIONER - SYRA – proton donator - BAS – proton acceptor - PROTON – vätejon H+ (H 3 O+ eller H+(aq)) , + H (aq) Hydroxoniumjon KEMMA 02/ © Sofi Elmroth 2011

TYPREAKTION BrØnsted-syra H+ överförs direkt från syra till bas – protontransfer stark syra, jv: CN-(aq) + H 3 O+ svag syra, mest HCN! bas Ex 2) HCN + H 2 O Ex 3) HCO 3 -(aq) + H 2 O(l) syra Cl- + H 3 O+ HCl + H 2 O Ex 1) H 3 O+(aq) + CO 32 -(aq) svag syra, mest HCO 3 - Biologiskt relevant. . . mer info senare! - DOCK! Jämvikten kan drivas åt höger om tex CO 32 - fälls ut som Ca. CO 3(s) KEYPOINT: Samma typ av reaktion men deprotoneringsgraden varieriar! KEMMA 02/ © Sofi Elmroth 2011

TYPREAKTION BrØnsted bas Karaktäristiskt: En eller flera ensamma [obundna] elektronpar [som kan ta upp H+] Ex 1) Ca. O (s) + H 2 O(l) Ca 2+(aq) + 2 OH- (aq) bas Ex 2) NH 3 (aq) + H 2 O (l) O 2 -: mkt stark bas oxidjon NH 4+ (aq) + OH- (aq) NH 3 – oladdad! svagare attraktion svagare bas KEYPOINT: Samma typ av reaktion men protoneringsgraden varieriar! KEMMA 02/ © Sofi Elmroth 2011

Begrepp: KONJUGERAD SYRA OCH BAS PRINCIP Syra Bas [tar upp H+] [donerar H+] Konjugerad syra Konjugerad bas EXEMPEL CN- Cyanidjon H 2 CO 3 Kolsyra H+ HCO 3 - Vätekarbonatjon KEMMA 02/ © Sofi Elmroth 2011 H+ HCN Vätecyanid

Det finns annat än protoner. . . 11. 2. Lewissyror och -baser ”NYA” DEFINITIONER Lewis syra: Elektronparacceptor Exempel 1: HCl Cl- : ”accepterar” e-par Exempel 2: Cu 2+ + 6 NH 3 Cu(NH 3)62+ Koppar(II)hexammin Lewis bas: Elektronpardonator e- Exempel 1: NH 3 N: donerar fritt e-par till H+ och bildar NH 4+ Exempel 2: OHFe 3+ + 3 OHFe(OH)3 Järn(III)hydroxid NYTT! Reaktioner som inte omfattar H+ - ”elektronperspektiv” KEMMA 02/ © Sofi Elmroth 2011

MILJÖKATASTROF!!! S-atmosfär KEMMA 02/ © Sofi Elmroth 2011 O-atmosfär

11. 3. Sura, basiska och amfotera oxider Vi lever i en oxiderande miljö! SUR OXID - Bildar Brönsted syra i vatten - Ickemetaller - Ex) CO 2 i vatten H 2 CO 3 BASISK OXID - Bildar OH- i vatten - Metaller - Ex) Ca. O i vatten Ca(OH)2 (s) AMFOTERA OXIDER - Reagerar både med syror och baser - Övergångsmetaller – tom ca Al/Pb diagonalen - Ex) Al 2 O 3 KEMMA 02/ © Sofi Elmroth 2011

11. 4. Protonutbyte mellan vattenmolekyler Nyckelfunktion för syra-bas beteende REAKTION Kw = 2 H 2 O a(H 3 O+) a(OH-) a(H 2 O)2 H 3 O+ + OH- ≈ Kw [H 3 O+][OH-] Kw = 1 x 10 -14 M 2 vid 25 o. C OBS 1! Mkt snabbt utbyte! Diffusionskontrollerat – OK för korta avstånd – dock ej långa OBS 2! Jämvikten förskjuten långt åt vänster dålig konduktivitet i rent vatten! KEMMA 02/ © Sofi Elmroth 2011

11. 5, 11. 6 p. H- skalan och p. OH DEFINITIONER p. H = - log(a(H 3 O+)) ≈ - log [H 3 O+] p. OH = - log(a(OH+)) ≈ - log [OH-] Anges lämpligen med 2 decimaler t. ex. p. H 5. 26 SAMBAND p. Kw = p. H + p. OH = p. Kw – p. H Härledning: läs själva! (A 11. 6) KEMMA 02/ © Sofi Elmroth 2011

SVAGA SYROR OCH BASER 11. 7 Syra- och baskonstanter VAD FINNS I EN VATTENLÖSNING AV EN SVAG SYRA? - Syran själv; HA HA + H 2 O A- + H 3 O+ - Lite av den konjugerade basen; AKa = [A-][H 3 O+]/[HA] - Liten mängd H 3 O+ - lika mycket tillskott som bildat A- VAD FINNS I EN VATTENLÖSNING AV EN SVAG BAS? - Basen själv; B - Lite av den konjugerade syran; HB - Liten mängd OH- - lika mycket tillskott som bildat HB B + H 2 O HB + OHKb = [HB][OH-]/[B] NOTERA! p. H = p. Ka då [HA]=[A-] och p. OH = p. Kb då [HB]=[B] KEMMA 02/ © Sofi Elmroth 2011

Hur vet man vad som är den starkaste syran/basen? EXEMPEL 11. 5 a) b) Jämför HF (vätefluorid) med HIO 3 (jodsyra, vätejodat) Jämför NO 2 - (nitritjon) med CN- (cyanidjon) LÖSNING: Jämför p. Ka eller p. Kb-värden! UR TABELL 11. 1 och 11. 2 Förening HF HIO 3 NO 2 CN- p. Ka 3. 45 0. 77 - p. Kb Lägst värde starkast syra! 14 – 3. 37 (p. Ka för HN 02) = 10. 63 14 – 9. 31 (p. Ka för HCN) = 4. 69 Lägst värde starkast bas! KEMMA 02/ © Sofi Elmroth 2011

”Vanliga p. H” p. H TABELL 11. 1 & 2 p. OH ”labkemikalier” 14 Na. OH – caustic soda 0 KEMMA 02/ © Sofi Elmroth 2011

Fråga: Hur sur kan en syra vara? Exempel på SUPERSYRA Triflourometansulfonsyra ”Triflic acid” Ka ca 1015 p. Ka ca -15 Användning: kraftfullt protoneringsreagens OBS! 3 starkt elektronegativa grupper KEMMA 02/ © Sofi Elmroth 2011

11. 9. Koppling - struktur och syrastyrka Table 7: H-X Bond Strengths and p. Ka H-X p. Ka Bond Energy [k. J/mol] HF 3. 1 567. 7 Minskande H-X bindningsstyrka HCl -6. 0 431. 6 HBr -9. 0 365. 9 Minskande p. Ka dvs surare syra! HI -9. 5 298. 0 STARK SYRA: H+ ”trillar lätt av” http: //www. vias. org/genchem/acidbase_equ_ 12591_06. html KEMMA 02/ © Sofi Elmroth 2011

11. 10. Oxosyror syrastyrka och elektronegativitet OXOSYROR Surt H+ bundet till O EXEMPEL: Karboxylsyror Svavelsyra Salpetersyra Fosforsyra Halogener-oxosyror KEMMA 02/ © Sofi Elmroth 2011

Halogen - oxosyror Oxidationstal Syrastyrka HCl. O 4 HBr. O 4 HIO 4 Elektronegativitet KEMMA 02/ © Sofi Elmroth 2011 Syrastyrka HCl. O 3 HCl. O Starka syror då 1) höga oxidationstal; X 2) hög elektronegativitet; X EFFEKT: försvagad H-O bindning!

Karboxylsyror SYRASTYKA Princip: se halogener - oxosyror Carboxylic Acids p. Ka Formic acid (HCO 2 H) Acetic acid (CH 3 COOH) Chloroacetic acid (CH 2 Cl. CO 2 H) Dichloroacetic acid (CHCl 2 CO 2 H) Trichloroacetic acid (CCl 3 CO 2 H) Trifluoroacetic acid (CF 3 CO 2 H) Oxalic acid (HO 2 CCO 2 H) Benzoic acid (C 6 H 5 CO 2 H) 3. 77 4. 76 2. 86 1. 29 0. 65 0. 5 1. 27 4. 2 H Cl e- KEMMA 02/ © Sofi Elmroth 2011

Summering TYPREAKTION p. H skalan Syror deprotoneras HA + H 2 O A- + H 3 O+ Baser protoneras B- + H 2 O HB + OH- EXEMPEL Svavelsyra Saltsyra Perklor/bromsyra Klor/bromsyra Hypoklorit/bromitsyra Fluorättiksyra Ättiksyra H 2 SO 4 HCl. O 4 HBr. O 4 HCl. O 3 HBr. O 3 HCl. O HBr. O CH 2 Cl. CO 2 H CH 3 CO 2 H (HAc) Ammoniak Natriumhyroxid Magnesiumhydroxid Kalciumoxid Natriumhydrid NH 3 Na. OH Mg(OH)2 Ca. O Na. H* (*H 2 avgår) KEMMA 02/ © Sofi Elmroth 2011