• Nie Znaleziono Wyników

10

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "10"

Copied!
45
0
0
Pokaż więcej ( Stron)

Pełen tekst

(1)
(2)

Roztwory elektrolitów

mocne – efektywnie przewodzą prąd (NaCl, HNO3)

słabe – słabo przewodzą (ocet, woda z kranu)

nie-elektrolity – nie przewodzą (czysta woda, roztwór cukru)

04_43 Power Source (a) (b) (c) ++ + + − − − − − + +

Przewodnictwo elektryczne elektrolitów (< 1 -1cm-1) jest < niż

metali (<104-106-1cm-1) i zależne od stężenia:

a) ruchliwość jonów< ruchliwość elektronów b) nośników ładunku jest mniej w elektrolicie

(3)

W porównaniu z nie-elektrolitami roztwory

elektrolitów wykazują mocniejsze efekty:

†

obniżenie

„

ciśnienia pary nasyconej

„

temperatury krzepnięcia

†

podwyższenie

„

ciśnienia osmotycznego

„

temperatury wrzenia

Roztwory elektrolitów

Właściwości

(4)

Stopień dysocjacji

stosunek liczby cząsteczek rozpadających się na jony do ogólnej liczby cząsteczek

rozpuszczonych nazywa się

0

czast

jony

n

n

=

α

( ) H+ B -HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB 2 1 α α HA → H+ + A -HB → H+ + B -Definicja 2 1

α

α

>

( ) H+ H + H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ A -A -A -A -A -A -A -A- A -A -A -A

(5)

-Roztwory elektrolitów

Wiązania w

cząsteczce przed rozpuszczeniem

Moc elektrolitu

el. silne el. słabe

α →100% α<<100%

jonowe NaCl, KNO3

-

(6)

Solwatacja

kation

anion

Orientacja cząsteczek wody

+ H OH

-H O H

(7)

Aktywność roztworów

Roztwory elektrolitów (zwłaszcza mocnych) to skomplikowane układy (oddziaływania jony-jony, cz. rozpuszczalnika-jony. Opisując równowagę w takich układach można:

‰ Zastosować skomplikowane wzory na stałą równowagi ‰ Zachować prostą postać równania na stałą równowagi i

skomplikować pojęcie stężenia

Dlaczego wymyślono pojęcie aktywności?

0 0

c

c

c

c

x

i i i

<<

=

i i i a x f →1⇒ →

Roztwór idealny

Roztwór rzeczywisty

i i i

x

f

a

=

fi – współczynnik aktywności, fi (p, T, cj, ci)

(8)

Aktywność roztworów

gdzie

Jak obliczyć współczynnik aktywności?

( )

µ

µ

µ

µ

ξ

µ

2 2 2

5

.

0

1

1

log

i i i i

z

Az

B

Az

f

+

+

=

=

=

N i i i

z

c

1 2

2

1

µ

( )

( )

2 1 2 3 6 29 . 50 10 825 . 1 T B T A ε ε = ⋅ =

ξ

- średnica uwodnionego jonu.

elektrolit dysocjujący na

ν

+ kationów o ładunku z+ i na

ν

-anionów o ładunku z- w rozpuszczalniku o stałej

dielektrycznej

ε

w temperaturze T.

(9)

Przykład: Obliczmy współczynnik aktywności i aktywność jonu Sr2+ w 0.01 M roztworze SrCl 2, w obecności 0.01 M roztworu KCl. SnCl2

Sn2+ + 2Cl -KCl

K+ + Cl

-1) Obliczamy siłę jonową roztworu:

Aktywność roztworów

(

)

(

0

.

01

4

0

.

01

1

0

.

03

1

)

2

1

1

1

2

2

1

2

1

2 2 2 1 2 2

+

+

=

=

+

+

=

=

+ + − = Sn K Cl N i i i

z

c

c

c

c

µ

(10)

Aktywność roztworów

Przykład: Obliczmy współczynnik aktywności i aktywność jonu

Sr2+ w 0.01 M roztworze SrCl

2, w obecności 0.01 M

roztworu KCl.

2) Stosujemy prawo Debay'a-Hückela wiedząc, że

A=0.51, B=3.3.10

7

,

ξ

=5

10

-8

cm:

log

.

.

.

.

.

f

Az

B

i

= −

+

i

= −

+ ⋅

= −

2 8 7

1

0 51 4 0 04

1 5 10

3 3 10

0 04

0 21

µ

ξ µ

zatem f

i

=0.49.

(11)

Aktywność roztworów

c B A B A B A B A B A B A

K

f

f

f

c

c

c

f

f

f

K

− + − + − +

=

=

=

AB

A

+

+ B

-Kiedy stosować aktywność?

stężenie sta ła r ó w now ag i Kc Kact

(12)

Modele kwasów i zasad

Arrhenius (1887)

kwasy → H+

zasady → OH

-Ograniczenia: roztwory wodne

Przykłady: kwasy: HCl, HNO3, H2SO4

(13)

Modele kwasów i zasad

Br

Br

ø

ø

nsted

nsted

(1923)

(1923)

kwasy

kwasy →→ donory donory HH++ (proton) (proton)

zasady

zasady →→ akceptory akceptory HH++ (proton)(proton)

Ograniczenia

Ograniczenia : : roztwory roztwory protolityczneprotolityczne (H(H22O, NHO, NH33)) Przyk

Przykłładyady:: HClHCl + H+ H22O O ↔↔ ClCl-- + H+ H 3 3OO++ acid base acid base NH NH33 + H+ H22O O ↔↔ NHNH44++ + OH+ OH- -base acid base acid

(14)

Lewis

Lewis

(1923)

(1923)

kwasy

kwasy →→ akceptory pary elektronowejakceptory pary elektronowej zasady

zasady →→ donory pary elektronowejdonory pary elektronowej

Ograniczenia

Ograniczenia : : wszystkie zwiwszystkie zwiąązki mogzki mogąą bybyćć opisywane opisywane jako donory lub akceptory pary elektro

jako donory lub akceptory pary elektronowejnowej Przyk

Przykłładyady:: HH22O + HO + H++ ↔↔ HH 3 3OO++ NH NH3(3(gg)) + + HClHCl(g(g)) ↔↔NHNH44ClCl(s)(s) base acid base acid

(15)

Lewisa

Broensteda

Arrheniusa

(16)

Model Brønsteda

HA(aq) + H2O(l) → H3O+(aq) + A(aq) acid 1 base 2 acid 2 base 1

conjugate base: remains of the acid molecule after a proton is lost.

conjugate acid: formed when the proton is transferred to the base.

niesprzężone pary kwas - zasada

sprzężone pary kwas - zasada

K

(17)

Model Brønsteda

Kwasy jednoprotonowe HCl + H2O → HNO3 + H2O HClO4 + H2O Kwasy dwuprotonowe 1) H2SO4 + H2O → 2) HSO4- + H 2O → 1) H2CO3 + H2O → 2) HCO3- + H 2O → Rozpuszczalnik woda Przykłady

(18)

Model Brønsteda

Kwasy jednoprotonowe

kwas 1 zasada 2 kwas 2 zasada 1

HCl + H2O ↔ H3O+ + ClHNO3 + H2O ↔ H3O+ + NO 3HClO4 + H2O ↔ H3O+ + ClO 4Kwasy dwuprotonowe 1) H2SO4 + H2O ↔ H3O+ + HSO 42) HSO4- + H 2O ↔ H3O+ + SO42− 1) H2CO3 + H2O ↔ H3O+ + HCO 32) HCO3- + H 2O ↔ H3O+ + CO32− Przykłady

(19)

Model Brønsteda

HCl HCl ++ HH22O O ↔↔ HH33OO++ + + ClCl- -CH CH33COOHCOOH + H+ H22O O ↔↔ HH33OO++ + + CHCH 3 3COOCOO−− N NHH44++ + H+ H 2 2O O ↔↔ HH33OO++ + + NNHH33 H H22O O + + CHCH33COOCOO−− CHCH 3 3COOHCOOH + + OOHH- -H H22OO + N+ NHH33 ↔↔ NNHH44++ + + OOHH- -CH CH33COOHCOOH ++ OOHH-- HH 2 2OO + + CHCH33COOCOO-- H H33OO++ + N+ NHH 3 3 ↔↔ NNHH44++ + + HH22O O H H22O O + + HH22O O ↔↔ HH33OO++ + + OOHH-

-kwas 1 zasada 2 -kwas 2 zasada 1

dysocjacja hydroliza autodysocjacja rozp. gazu zobojętnianie Przykłady

(20)

HCl HCl ++ NNHH33 ↔↔ NHNH44++ + + ClCl- -CH CH33COOHCOOH + + NNHH33 ↔↔ NHNH44++ + + CHCH 3 3COOCOO−−

Model Brønsteda

Rozpuszczalnik amoniak

kwas 1 zasada 2 kwas 2 zasada 1

CH

CH33COOHCOOH + CH+ CH33NNHH2 2 ↔↔ CHCH33COOCOO−− + CH+ CH33NHNH33++

Rozpuszczalnik kwas octowy

Rozpuszczalnik metanol

CH

CH33COOH + CHCOOH + CH33OHOH ↔↔ CHCH33COOCOO−− + + CHCH

3

3OHOH22++

(21)

Model Brønsteda

2 H2O OH- + H3O+ 2 NH3NH4+ + NH2 -3 HF H2F+ + HF2 -2 HCN H2CN+ + CN -autodysocjacja zobojętnianie

(22)

H2O + H2O H3O+ + OH- Z1 K2 K1 Z2 ) , (T p f K = 14 10 ) 1 , 298 ( K atm = − Kw 2 2 3 ] [ ] [ ] [ O H O H OH K + − = roztwór 1) [H

1) [H33OO++]=[OH]=[OH--] = 1 ] = 1 ×× 1010−−7 7 obojobojęętny (tny (neutralneutral))

2) [H

2) [H33OO++]>[OH]>[OH--] ] kwakwaśśny (ny (acidicacidic))

3) [H

3) [H33OO++]<[OH]<[OH--] ] zasadowy (zasadowy (basicbasic))

const OH O H Kw =[ 3 +][ −] = autodysocjacja

autodysocjacja wody wody –– skala skala pHpH

(23)

Skala pH

14

10

)

1

,

298

(

K

atm

=

K

w 14 3

][

]

10

[

+ −

=

=

H

O

OH

K

w

14

])

log([

])

log([

)

log(

K

w

=

H

3

O

+

+

OH

=

14

])

log([

])

log([

)

log(

=

3

=

K

H

O

+

OH

w

14

=

+

=

pH

pOH

pK

w

])

log([

])

log([

3 − +

=

=

OH

pOH

O

H

pH

(24)

Skala pH

[H+] pH 10–14 14 10–13 13 10–12 12 10–11 11 10–10 10 10–9 9 10–8 8 10–6 6 10–5 5 10–4 4 10–3 3 10–2 2 10–1 1 1 0 Acidic Neutral Basic 1 M NaOH Ammonia (Household cleaner) Blood Pure water Milk Vinegar Lemon juice Stomach acid 1 M HCl 10–7 7 298 K, 1 atm zasadowy obojętny kwaśny

(25)

Stałe równowagi w roztworach

HA

(r)

+ H

2

O

(c)

H

3

O

+ (r)

+ A

-(r)

K

a

H O

3

A

H A

H

A

H A

=

=

+ − + − s

(26)

rozpuszczamy kwas octowy w wodzie 2 1 2 1

Z

Z

K

K

+

+

Stała dysocjacji kwasu Ka jest to stała równowagi reakcji kwasu z wodą.

]

[

]

[

]

[

3 3 3

COOH

CH

O

H

COO

CH

K

a + −

=

+ −

+

+

H

O

CH

COO

H

O

COOH

CH

3 2 ←→ 3 3

Stałe równowagi w roztworach

s

(27)

Stałe równowagi w roztworach

]

[

]

][

[

]

[

]

][

[

3 2 3 3 3 2 3 3 2 1 − − + − +

=

=

HCO

CO

O

H

K

CO

H

HCO

O

H

K

a a

rozpuszczamy dwutlenek węgla w wodzie

2

1 a

a

K

K

>

s

słłabe kwasyabe kwasy

H CO

H

HCO

(

)

HCO

H

CO

(

)

2 3 3 a 3 32 a 1 2

+

+

+ -- +

-K

K

(28)

Table 14.2 Values of Ka for Some Common Monoprotic Acids

Formula Name Value of K a*

HSO4− Hydrogen sulfate ion 1.2 x 10−2

HClO2 Chlorous acid 1.2 x 10−2

HC2H2ClO2 Monochloracetic acid 1.35 x 10−3

HF Hydrofluoric acid 7.2 x 10−4

HNO2 Nitrous acid 4.0 x 10−4

HC2H3O2 Acetic acid 1.8 x 10−5

[Al(H2O)6]3+ Hydrated aluminum(III) ion 1.4 x 10−5

HOCl Hypochlorous acid 3.5 x 10−8

HCN Hydrocyanic acid 6.2 x 10−10 NH4+ Ammonium ion 5.6 x 10−10 HOC6H5 Phenol 1.6 x 10−10 Increasing aci d st rengt h

*The units of Ka are mol/L but are customarily omitted.

Stałe równowagi w roztworach

s

(29)

rozpuszczamy octan sodowy w wodzie 2 1 2 1

K

K

Z

Z

+

+

Stała Kb jest stałą równowagi reakcji zasady CH3COO- z

wodą. Nazywamy ją też stałą hydrolizy.

]

[

]

[

]

[

3 3 − −

=

COO

CH

OH

COOH

CH

K

b − −

+

H

O

CH

COOH

+

OH

COO

CH

3 2 ←→ 3

Stałe równowagi w roztworach

sole s

(30)

]

[

]

[

]

[

3 4 aq b

NH

OH

NH

K

− +

=

Kb jest stałą dysocjacji zasadowej zasady (NH3)aq. Jest to stała równowagi reakcji zasady z rozpuszczlnikiem, tj. wodą.

rozpuszczamy gazowy amoniak w wodzie

− + + + H O NH OH NH3 2 ←→ 4 2 1 2 1

K

K

Z

Z

+

+

) ( 3 ) ( 3 g

(

NH

)

r

NH

Stałe równowagi w roztworach

s

(31)

]

[

]

[

]

[

4 3 3 + +

=

NH

O

H

NH

K

a aq

Stała Ka jest stałą równowagi reakcji kwasu NH4+ z wodą. Nazywamy ją

też stałą hydrolizy.

rozpuszczamy chlorek amonu w wodzie

+ +

+

+

O

H

NH

O

H

NH

4 2

3aq 3 2 1 2 1

Z

Z

K

K

+

+

Stałe równowagi w roztworach

sole s

(32)

Moc kwasów i zasad

14_322 HA (a) H+ A– HA (b) H+ A–

Before dissociation After dissociation,at equilibrium

(33)

Moc kwasów i zasad

† Im większa jest Ka słabego kwasu,

tym mocniejszy jest kwas i słabsza sprzężona z nim zasada.

† Im większa jest Kb słabej zasady, tym

mocniejsza jest zasada i słabszy sprzężony z nią kwas

† Zasada mocniejsza od OH- jest w

wodzie mocną zasadą; zasady słabsze od OH- są w wodzie słabymi

zasadami.

† Kwas mocniejszy od H3O+ jest w

wodzie kwasem mocnym; kwasy

słabsze od H3O+ są w wodzie kwasami

słabymi. Relative acid strength Relative conjugate base strength Very weak Weak Strong Very strong Very weak Weak Strong Very strong sprz

(34)

Moc kwasów i zasad

HClO4 HI HBr HCl H2SO4 HNO3 H3O+ HSO4 -HF H2CO3 H2S NH4+ HCO3 -H2O NH3 ClO4 -I -Br -Cl -HSO4 -NO3 -H2O SO4 2-F -HCO3 -HS -NH3 CO3 2-OH -NH2 -kwas zasada mocny słaby słaba mocna sprz

(35)

Moc kwasów i zasad

elektroujemno elektroujemnośćść Im bardziej elektroujemny jest atom centralny, tym mocniejszy jest kwas.

(36)

Moc kwasów i zasad

HClO4, chlorowy (VII) mocny

:O: ll ll :O: O = Cl – O – H stopie

stopieńń utlenieniautlenienia

mocny : : :Cl – O – H :O: ll ll :O: HClO3, chlorowy (V) :Cl – O – H: : : : pKa7.53

HClO, chlorowy (I)

pKa2.00

:Cl – O – H :O:

ll

: : :

(37)

Pomiar pH

†

wskaźniki

(38)

− + + + H O H O Ind Ind H 2 3 → ← barwa 1

barwa 1 barwa 2barwa 2

] [ ] [ ] [ 3 Ind H Ind O H K − + = ] [ ] [ log Ind H Ind pK pH − + = − + + + H O H O Ind Ind H 2

3

Wskaźniki

] [H3O+ pH>7 pH zakres zmiany barwy wskaźnika

(39)

− + + + H O H O Ind Ind H 2 3 → ← barwa 1

barwa 1 barwa 2barwa 2

] [ ] [ ] [ 3 Ind H Ind O H K − + = ] [ ] [ log Ind H Ind pK pH − + = − + + + H O H O Ind Ind H 2

3

Wskaźniki

] [OH − pH zakres zmiany barwy wskaźnika

(40)
(41)

O

C

O

C O– O

(Pink base form, In–) HO

C

OH

C O– O

(Colorless acid form, HIn) OH

Wskaźniki

(42)

Pomiar pH

pH-metr elektroda pomiarowa elektroda odniesienia ogniwo + woltomierz ] [ ] ][ [ log 3 0 HCl Cl O H nF RT E E − + − = const pH nF RT E E ≈ 0 + + napięcie ogniwa, V

(43)

elektroda pomiarowa szklana

Pomiar pH

pH-metr elektroda kombinowana 2 w jednym (ogniwo) elektroda odniesienia Ag/AgCl wewnątrz elektrolit wewnętrzny HCl Ag/AgCl membrana szklana elektroda pomiarowa szklana elektrolit wewnętrzny KCl elektroda szklana

(44)

Kwaśne deszcze

† Surface waters (e.g., lakes and

streams) and animals living in them † Forests † Soil † Automotive Coatings † Materials † Visibility † Human Health

(45)

Kwaśny papier

+ H2O / H⊕

pH= < 6.6 pH= > 7.0

Obraz

Table 14.2 Values of K a  for Some Common Monoprotic Acids

Cytaty

Powiązane dokumenty

W szystko spow odow ało nasilenie się kiytyki podjęcia wojny.. Data roczna błędna, pow inno być:

the whole study area (Fig. 6) and the acronyms are defined as Labrador Sea (LS), Irminger Sea (IS), Greenland Sea (GS), Norwegian Sea (NS), Denmark Strait overflow

Niebieska i zielona dioda LED świecą, gdy czujnik jest podłączony do analizy graficznej przez USB i ładuje się urządzenie3. (Zielona dioda LED jest zasłonięta przez

Rygle, zamki zabezpieczą drzwi Szklany judasz gości skontroluje Noc nie straszna, kiedy kłódki trzy Na złodzieja bracie narychtujesz Windy szumią śpiewankę do snu Sąsiad

[r]

Wydaje się, że taki szczególny dział prawa materialnego, o jakim mowa, a także będące jego podstawą przepisy prawa administracyjnego wymagają i wymagać będą

Mogą się więc zdecydować zarówno na spółkę prawa cywilnego, jak i na jedną ze spółek prawa handlowego.8 Bez względu na to, która z tych możliwości

Pierwsza publiczna prezentacja von Wredego miała miejsce podczas XIII Dni Niemieckich Geografów (Deutschen Geographentages), które odbyły się w 1901 r. Omawiana publikacja

W Zakładzie SAINT-GOBAIN ISOVER POLSKA (dalej SGIP) produkowana jest wełna szklana poddana ocenie LCA (86% produkcji wełny szklanej): UniMata, Super Mata, Aku Płyta, Domo, Astron,

Nasza firma jest autoryzowanym przedstawicielem producenta butelek do wytwarzania wody wodorowej Cawolo i świadczy gwarancję, serwis oraz wsparcie techniczne....

Mały procesor żywnościowy może użyć do posiekania mięsa, owoców, warzyw i orzechów.. Istnieją dwie pojemności, 150ml szklana miska spożywcza

Kulminacje pod³o¿a aluwiów, szczególnie w czasie wezbrañ, mog¹ byæ ods³ania- ne w dnie koryta, a ich morfologia oddzia³uje wtedy na uk³ad g³ównego nurtu (Falkowski,

chlorek sodu glin glukoza jod sód tlenek magnezu wodorotlenek sodu Spośród wymienionych substancji wybierz wszystkie te, które tworzą kryształy jonowe, oraz wszystkie te, które

Żołnierze dziesięciu brygad sułtana Yogyakarty wydają się być zrośnięci z przestrzenią wizualną kratonu 2 tak dalece, że można odnieść wrażenie, iż.. stanowią oni

Ko- lejnym krokiem jest wykorzystanie pojedynczej elektrody do mapowania i ablacji okrążającej żyły płuc- ne (PVAC, Ablation Frontiers, Medtronic).. Elektroda połączona jest

Group I consisted of 130 patients with VVI Biotronik pacemakers with unipolar leads — Biotronik TIR 60-UP, implanted in 1993-1995 while group II consisted of 130 patients with

Sur deu x cents artistes inscrits au con cours, plus de cent cinquante y prirent

In this report, the motion equations of a shaker conveyor with an object on it, are described with the program language Turbo Pascal version 6.0.. We are interested in the

Miareczkowanie potencjometryczne należy do metod instrumentalnej analizy ilościowej, przeznaczonej w szczególności do oznaczania stężenia substancji w roztworach

Ta dłoń ma moc czynienia zagłady, więc chociaż za nią tęsknisz, cieszysz się, że nie obejmuje ciebie, lecz jedynie twoje więzienie... Leżał z podkurczonymi

Czas życia elektrody badano poprzez pomiar nachylenia charakterystyki oraz współczynników selektywności elektrody znajdującej się przez cały czas w świeżym

Wpływ niektórych anionów na potencjał elektrod badano sporządzając krzywe kalibracyjne w roztworach azotanów i chlorków o stężeniach 10“1—10~3 M rozcieńczonych

Współczynniki selektywności elektrody karbenicylinowej w stosunku do jonów kloksacyliny (syntarpen), benzylopenicyliny oraz ampicyliny wskazują na ich malejące podobieństwo