PODSTAWY CHEMII ANALITYCZNEJ Wykad 3 Rwnowagi protolityczne 2

PODSTAWY CHEMII ANALITYCZNEJ Wykład 3 Równowagi protolityczne (2) 1

EFEKT RÓŻNICUJĄCY ROZPUSZCZALNIKA w wodzie najmocniejszy kwas H 3 O+ a nie np. HCl najmocniejsza zasada OH- a nie np. CH 3 ONa najsłabszy kwas i zasada H 2 O a nie np. Na. C SŁABE KWASY REAGUJĄ Z WODĄ NIECAŁKOWICIE IM SŁABSZY KWAS TYM MOCNIEJSZA SPRZĘŻONA ZASADA HNO 2 + H 2 O NO 2 -+ H 3 O+ (0 < αA < 1) αA NO 2 + H 2 O HNO 2 + OH (0 < αB < 1) I analogicznie: SŁABE ZASADY REAGUJĄ Z WODĄ NIECAŁKOWICIE IM SŁABSZA ZASADA TYM MOCNIEJSZY SPRZĘŻONY KWAS

SŁABE KWASY I ZASADY (0 < α < 1) HA H+ + A- A- + H 2 O OH- + HA KWAS ZASADA + - KA·KB = [H ]·[OH ] = KW = 10 -14 p. KA + p. KB = 14 KA KB … gdzie są stablicowane wartości p. KB ? ?

PRAWO ROZCIEŃCZEŃ OSTWALDA HA H+ + A… gdzie są stablicowane wartości α ? ? K = const C ↔ α

p. H słabych kwasów: równania kwadratowe Przybliżenie, gdy α ≤ 0. 05

p. H słabych kwasów i zasad KWASY + ZASADY [H ] = α·CK - [OH ] = α·CZ dla małych α:

MOCNY vs SŁABY MOCNY KWAS HA, C=0, 1 M HA + H 2 O H 3 O+ + Aα=1 Rozcieńczenie 100 -krotne ∆p. H SŁABY KWAS HA, C=0, 1 M, KA=10 -7 HA + H 2 O H 3 O+ + A[H+]=α·C [H+]=C p. H 10 -1 M 1, 0 10 -3 10 -4 M 4, 0 10 -3 M 3, 0 10 -2 10 -5 M 5, 0 2, 0 p. H 1, 0

MOCNY vs SŁABY słaby kwas mocny kwas

KWASY ZASADY MOCNE [H+] = CK [OH-] = Cz SŁABE [H+] = α·CK [OH-] = α·CZ Dla małych α: … stosując te podstawowe wzory można liczyć z akceptowalnym przybliżeniem p. H niektórych : - mieszanin mocnych kwasów (lub zasad ), - mieszanin mocnych i słabych kwasów (lub zasad)…. - mieszanin słabych kwasów (lub zasad ), - kwasów (lub zasad ) wieloprotonowych,

BUFOR ROZTWÓR ZAWIERAJĄCY SPRZĘŻONĄ PARĘ KWAS - ZASADA W DUŻYCH I PORÓWNYWALNYCH STĘŻENIACH np. Bufor octanowy: CH 3 COOH + CH 3 COONa Bufor amonowy: NH 4 Cl + NH 3 Bufor węglanowy KHCO 3 + K 2 CO 3 Bufor fosforanowy: H 3 PO 4 + Na. H 2 PO 4 KH 2 PO 4 + K 2 HPO 4 + K 3 PO 4 Bufor solny HCl + KCl Bufor sodowy Na. Cl + Na. OH ? !

BUFOR - otrzymywanie Trzy standardowe sposoby otrzymywania: Bufor octanowy CH 3 COOH / CH 3 COOH + CH 3 COOK Bufor amonowy NH 4+ / NH 3 NH 4 Cl + NH 3 CH 3 COOH + KOH → CH 3 COOK NH 4 Cl + KOH → NH 3 + + H 2 O KCl CH 3 COOK + HCl → CH 3 COOH + NH 3 + HCl → NH 4 Cl KCl … w 2 i 3 przypadku przebiega reakcja … – składnik „buforotwórczy” musi być w nadmiarze ! 11

p. H BUFORU Obecność sprzężonego kwasu cofa dysocjację sprzężonej zasady i vice versa (zgodnie z reg. przekory, Le Chateliera. Brauna) HA + H 2 O H 3 O+ + AA- + H 2 O OH- + HA Równanie Hendersona Hasselbalcha

BUFOR ~ p. H buforu nie zależy od jego stężenia (nie zmienia się w wyniku rozcieńczania)

BUFOR Słaby Mocny 14

BUFOR ~ p. H buforu nie zależy od jego stężenia (nie zmienia się w wyniku rozcieńczania) ~ p. H buforu niewiele zmienia się w wyniku dodania do niego niewielkiej ilości kwasu lub zasady … czyli buforuje

1 L roztworu p. H HA/A, p. KA=7, 0 (+1 m. M HCl) A- + H+ HA 1 m. M H+ H 2 O 7, 00 0, 1 M HA (+1 m. M KOH) HA + OH- A- +H 2 O 1 m. M OH- 3, 00 11, 00 100 m. M HA 1 m. M H+ 4, 00 3, 00 5, 00 100 m. M A 1 m. M OH- 0, 1 M A 10, 00 9, 00 11, 00 0, 1 M HA 0, 1 M A 7, 00 ∆p. H 6, 99 7, 01 4 1 1 0, 01 !!

POJEMNOŚĆ BUFOROWA β rośnie gdy CBUFORU rośnie βmax dla p. H = p. KA zakres buforujący p. H = p. KA ± 1

1 L roztworu BUFOR p. H HA/A, p. KA=7, 0 +1 m. M HCl A- + H+ HA +1 m. M KOH HA + OH- A- +H 2 O 0, 10 M HA 0, 10 M A 7, 00 6, 99 7, 01 0, 01 M HA 0, 01 M A 7, 00 6, 91 7, 09 β rośnie gdy CBUFORU rośnie ∆p. H 0, 01 0, 09

1 L roztworu BUFOR HA/A, p. KA=7, 0 +1 m. M HCl p. H A- + H+ HA +1 m. M KOH HA + OH- A- +H 2 O 0, 10 M HA 0, 10 M A 7, 00 6, 99 7, 01 0, 01 M HA 0, 10 M A 8, 00 7, 95 8, 05 0, 10 M HA 0, 01 M A 6, 00 5, 95 βmax dla p. H = p. KA ∆p. H 0, 01 0, 05 6, 05

POJEMNOŚĆ BUFOROWA β rośnie gdy CBUFORU rośnie βmax dla p. H = p. KA zakres buforujący p. H = p. KA ± 1

POJEMNOŚĆ BUFOROWA ᵝ 0. 7 0. 6 0. 5 B. Octanowy (p. Ka = 4. 8) B. Amonowy (p. Ka = 9. 2) 0. 4 0. 3 0. 2 0. 1 0 0. 00 2. 00 4. 00 6. 00 8. 00 10. 00 12. 00 14. 00 p. H

ᵝ POJEMNOŚĆ BUFOROWA 0. 70 0. 60 0. 50 0. 40 0. 30 0. 20 0. 10 0. 00 2. 00 4. 00 6. 00 8. 00 10. 00 12. 00 14. 00 p. H