23-Kiseline i Baze

1

Slide 1

Kiseline i bazeKiseline i baze

• Kiseline i baze igraju važnu ulogu u životu na zemlji.

• Biološke aktivnosti kao što su fotosinteza i disanje tič d ž j hid ih i i d i

Slide 2

utiču na sadržaj hidrogenovih iona u prirodnim vodama, kroz upotrebu ili proizvodnju CO2 koji predstavlja najrašireniju supstancu u prirodi koja stvara kiselinu.


• Opstanak zdravog ekološkog sistema jako zavisi od pH tla i vode.

• Rast i razvoj biljaka jako zavisi od kiselosti tla. H ij k j j k

Slide 3

Hortenzije koje rastu u jako kiselom tlu (ispod pH 5) su plave. U slabo kiselom tlu (5<pH<7) su crveno ljubičaste boje, a ukoliko je tlo neutralno ili bazno, imaju cvjetove svjetlije ružičaste boje.

2

Krug sjajnih novKrug sjajnih novčićačićanastao je u reakciji nastao je u reakciji izmeizmeđu limunske đu limunske kiseline iz limuna i kiseline iz limuna i tamne prevlake na tamne prevlake na

Krug sjajnih novKrug sjajnih novčićačićanastao je u reakciji nastao je u reakciji izmeizmeđu limunske đu limunske kiseline iz limuna i kiseline iz limuna i tamne prevlake na tamne prevlake na


Slide 4

pppovršini kovanica od površini kovanica od bakra.bakra.

pppovršini kovanica od površini kovanica od bakra.bakra.


Slide 5

Kiselost limuna i narandži potiče od slabe limunske kiseline.

Ujed mrava potiče od slabe slabe mravlje kiseline.


Slide 6

Aspirin je slaba kiselina koja se koristi kao analgetik više od 100 godina.

Glicin je predstavnik aminokiselina koji su osnova proteina. COOH grupa je kiseli dio molekule, a NH2 gruoa je bazni dio.

3


Slide 7

Kofein je dobro poznati stimulans i slaba baza.

Morski puž u samoodbrani luči jaku sulfatnu kiselinu.


• Za žive organizme jake kiseline i baze mogu biti jako štetne; one oštećuju tkivo uništavajući proteinski materijal i uklanjajući vodu. N k t lf t ki li j j k

Slide 8

• Npr. koncentrovana sulfatna kiselina je jako dehidratizirajući agens (uklanja vodu) i u kontaktu sa tkivom brzo izaziva ozbiljne povrede.


• Koncentrovane baze reaguju sa mastima koje sačinjavaju zaštitne membrane ćelija, uništavajući takve membrane i uzrokujući čak veća oštećenja tkiva od kiselina.

• Jaki sapuni i deterdženti za pranje sadrže

Slide 9

• Jaki sapuni i deterdženti za pranje sadrže baze. Odjeća koja sadrži vunu i svilu (koji su životinjski proteini) ne mogu se prati u takvim sapunima pošto baze u sapunu uzrokuju skupljanje vlakana ovih materijala i njihovo djelomično otapanje.

4


• Kiseline su spojevi koji kada se otope u vodi stvaraju otopine kiselog ukusa, boje lakmus papir iz plavog plavog u crvenocrveno i reaguju sa metalima kao što je cink ili magnezij

Slide 10

kao što je cink ili magnezij, stvarajući gasoviti hidrogen.

• Baze (ili alkalije)stvaraju otopine koje imaju gorak ukus, pri dodiru su klizavog osjećaja, boje lakmus iz crvenogcrvenog u plavoplavo.


Slide 11


• Baze reaguju sa kiselinama i pri tome se neutraliziraju njihova svojstva.

• To su kiselinsko-bazne reakcije. • Npr. kada otopina HCl i NaOH reaguju

Slide 12

p p g jmeđusobno, kiselost HCl će se smanjiti zbog djelovanja NaOH (jaka baza):

H+(aq) + Cl-(aq) + Na+

(aq) + OH-(aq) H2O(l) + Na+

(aq) + Cl-(aq)

H+(aq) + OH-

(aq) H2O(l)

5

Kiselinsko-bazne titracijeKiselinsko-bazne titracije

• Proces miješanja otopina kiselina i baza u svrhu analize jedne od njih naziva se titracija.

• Titracija je tehnika volumetrijske analize koja uključuje dodavanje (iz birete) izmjerenog

Slide 13

j j j ( ) j gvolumena otopine poznate koncentracije (titrant), u otopinu koja sadrži supstancu koja se analizira.


• Tačka titracije u kojoj je dodato dovoljno titranta da potpuno izreaguje sa analiziranom supstancom, naziva se ekvivalentna ili stehiometrijska tačka.

Slide 14

• U ekvivalentnoj tački svi H+ i OH- ioni su iskorišteni za dobivanje vode.


Slide 15

6


• Ekvivalentna tačka se obično obilježavaindikatorom, supstancom koja se dodaje na početku titracije i koja mijenja boju u ekvivalentnoj tački ili vrlo blizu nje.

Slide 16


• Tačka u kojoj indikator stvarno mijenja boju naziva se završna tačka titracije.

Slide 17


• U kiselinsko-baznim titracijama obično se kao indikator koristi fenolftalein koji je u kiseloj otopini bezbojan, a u baznoj ružičast.

Slide 18

7


Kisela otopina nepoznate koncentracije stavi se u tikvicu zajedno sa indikatorom.

Bazna otopina se dodajepolako iz birete.

Slide 19

Dodavanje baze iz birete se prekida kada indikator promijeni boju, pokazujući da je upravo dovoljno baze dodato da izreaguje sa svom kiselinom u tikvici.

Kiselinsko-bazne teorijeKiselinsko-bazne teorije

Arrheniusov koncept kiselina i baza: • kiseline stvaraju hidrogenove ione u vodenim

otopinama,

Slide 20

• a baze stvaraju hidroksidne ione, ograničen je samo na vodene otopine i jednu vrstu baza: hidroksidni ion.

Kiselinsko-bazne teorijeKiselinsko-bazne teorije

Brønsted-Lowryev model: • kiselina je proton (H+) donor, a baza je

proton akceptor.• Kako hidrogenov atom ima samo jedan proton u

Slide 21

Kako hidrogenov atom ima samo jedan proton u svom nukleusu i jedan elektron, hidrogenov ion (H+, hidrogenov atom koji je izgubio jedan elektron) je prema tome jednostavno proton.

8

Brønsted-Lowryev modelBrønsted-Lowryev model

Danski fizikalni hemičar, Johannes Nicolaus Brønsted

Engleski fizikalni hemičar, Thomas Martin Lowry

Slide 22

1879 - 1947 1874 - 1936


• Primjer: Kada se gasoviti HCl otopi u vodi, svaka molekula HCl donira proton molekuli vode stvarajući H3O+ ion koji se naziva hidronijum ion.

• U ovoj reakciji, HCl djeluje kao Brønsted-

Slide 23

Lowryeva kiselina, a H2O kao Brønsted-Lowryeva baza.


• Slično se ponaša i nitritna kiselina, HNO2, koja donira proton molekuli vode:HNO2 + H2O NO2

- + H3O+

nitritna voda nitrit hidronijum

Slide 24

nitritna voda nitrit hidronijumkiselina ion ion

9

Hidronijum ionHidronijum ion

Slide 25


• U reakciji gasovitog amonijaka sa vodom, amonijak, NH3, akceptira proton iz molekule vode.

• Amonijak je ovdje baza, a voda je kiselina. Supstanca koja može djelovati ili kao kiselina ili k b i f t

Slide 26

kao baza naziva se amfoterna.

Konjugovani kiselinsko-bazni paroviKonjugovani kiselinsko-bazni parovi

HNO2 + H2O NO2- + H3O+

kiselina baza konjugovana konjugovanabaza kiselina

NH3 + H2O NH4+ + OH-

ba a kiselina konj go ana konj go ana

Slide 27

baza kiselina konjugovana konjugovanakiselina baza

Konjugovana baza predstavlja onaj dio molekule kiseline koji ostaje nakon uklanjanja protona.Konjugovana kiselina nastaje kada se proton prenese na bazu.Konjugovani kiselinsko-bazni par: dvije supstance koje su povezane jedna sa drugom doniranjem i akceptiranjem protona.

10


Razlikuju se za jedan proton.

Kada kiselina donira proton, ona postaje konjugovana baza

Slide 28

konjugovana baza.

HCl(g) → Cl-(aq)kiselina baza


Kada baza prima proton, ona postaje k j ki li


Slide 29

konjugovana kiselina.

H3O+(aq)H2O (l) →kiselinabaza



Slide 30

baseacid

HCl(g) + → Cl-(aq) + H3O+(aq)H2O (l)

acidbase

11


• Brønsted-Lowryev model nije ograničen na vodene otopine; može se proširiti na reakcije u gasnoj fazi:

Slide 31

NH3(g) + HCl(g) NH4Cl(s)

N:

H

H

H

+ H Cl: .... ..

.. Cl:

H

H

H

N H +

+

:-

Lewisova kiselinsko-bazna teorijaLewisova kiselinsko-bazna teorija

• 1923. g. američki fizikalni hemičar Gilbert NewtonLewis postavio je

Slide 32

e s pos a o jeproširenu teoriju kiselina i baza.

1875 – 1946


• Lewisova kiselina je akceptor elektronskog para. To su kationi i neutralne molekule sa nepopunjenim valentnim orbitalam, kao što su Al3+ Cu2+ H+ BF

Slide 33

su Al3+, Cu2+, H+, BF3.• Lewisova basa je donor elektronskog para. To su anioni neutralne molekule sa slobodnim elektronskim parom kao što suH2O, NH3, O2–.

12


Slide 34


Slide 35

Lewisova kiselinsko-bazne interakcije u biologijiLewisova kiselinsko-bazne interakcije u biologiji

Hem grupa u Hem grupa u hemoglobinu može hemoglobinu može reagovati sa Oreagovati sa O22 i CO.i CO.Fe ion u hemoglobinu Fe ion u hemoglobinu

Slide 36

je Lewisova kiselina, aje Lewisova kiselina, aOO2 2 and CO mogu and CO mogu djelovati kao Lewisova djelovati kao Lewisova basa.basa.

13

Lewisova kiselinsko-bazne interakcije u biologijiLewisova kiselinsko-bazne interakcije u biologiji

Slide 37

Magnezijum ion, MgMagnezijum ion, Mg2+2+, , je Lewisova kiselina u je Lewisova kiselina u molekuli hlorofilamolekuli hlorofila

Jačina kiselina i bazaJačina kiselina i baza

• Jačina kiseline definiše se ravnotežnim položajem njene reakcije disocijacije.

• Jaka kiselina je ona kod koje ravnoteža leži daleko na desno kod koje je gotovo sva

Slide 38

daleko na desno, kod koje je gotovo sva polazna HA disocirana u ravnoteži.

• Jaka kiselina daje slabu konjugiranu bazu.


HA(aq) + H2O(l ) H3O+(aq) + A-(aq)

[H3O+] [A-] [H+] [A-]

Slide 39

Ka = = [HA] [HA]

U razblaženoj otopini pretpostavlja se da tečna voda ostaje suštinski konstantna, pa se koncentracija [H2O] ne unosi u jednačinu.

14


• Primjeri jakih kiselina: HNO3, HCl, H2SO4, HClO4, HBr, HI.

Slide 40

Jačina kiselina i baza

HNOHNO33((aqaq) + H) + H22O (O (ll) ) ------>H>H33OO++((aqaq) + NO) + NO33--((aqaq))

HNOHNO33 jeje JAKA KISELINA JAKA KISELINA koja je 100% koja je 100% disocirana u vodidisocirana u vodi..

Slide 41

Poliprotonske kiselinePoliprotonske kiseline

• Neke kiseline, nazvane poliprotonske, mogu donirati više od jednog protona u reakciji sa bazom.

Slide 42

• Sulfatna kiselina je jaka diprotonska kiselina: H2SO4 H+ + HSO4

-

dok je HSO4- slaba kiselina:

HSO4- H+ + SO4

-

15

Poliprotonske kiselinePoliprotonske kiseline

• Fosfatna kiselina, H3PO4, ima tri hidrogena koji se mogu ionizirati:H3PO4 H+ + H2PO4

-

Slide 43

3 4 2 4H2PO4

- H+ + HPO42-

HPO42- H+ + PO4

3-


• Slično je kod jakih baza koje disociraju u vodi prema jednačini:B(aq) + H2O(l ) BH+(aq) + OH-(aq)

[BH+] [OH-]

Slide 44

[BH ] [OH ] Kb =

[B]

• Primjeri jakih baza: LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Mg(OH)2, Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2


• CaO (kreč) + H2O --> Ca(OH)2 (gašeni kreč)

JAKA BAZA

Slide 45

CaOCaO

16

Najvažnije jake kiseline i bazeNajvažnije jake kiseline i baze

Slide 46

Relativna jačina kiselinsko-baznih parovaRelativna jačina kiselinsko-baznih parova

Slide 47

Neke konstante ionizacije, KNeke konstante ionizacije, K

Slide 48

17

Ionizacija vodeIonizacija vode

H2O + H2O OH- + H3O+

Slide 49

Konstanta ionskog produkta ili konstanta disocijacije vode je:

Kw = [H3O+] [OH-] = [H+] [OH-]

Ionizacija vodeIonizacija vode

• Eksperiment na 25°C pokazuje da je:[H+] = [OH-] = 1.0 x 10-7 mol dm-3, otuda je:Kw = 1.0 x 10-14 (obično se jedinice izostavljaju!)

• Ova konstanta se može primijeniti na sve reakcije

Slide 50

• Ova konstanta se može primijeniti na sve reakcije u vodenoj otopini bez obzira šta ona sadrži i čini osnovu pH skale.

pH SkalapH Skala

• Pošto je [H+] u vodenoj otopini veoma mala, pogodan način izražavanja kiselosti predstavlja pH skala. pH = - log [H+]

Slide 51

pH log [H ]• Predložio ju je danski biohemičar Sören

Sörensen 1909. godine.

18

pH SkalapH Skala

• pH skala je skala od 0 do 14. • Na skali, 0 je najjača kiselina, 14 je najjača baza,

a neutralna otopina je na 7.

Slide 52

pH Skala 02pH Skala 02

• Nitratna kiselina (HNO3) koristi se u proizvodnji đubriva, boja, lijekova i eksploziva. Izračunaj pH otopine HNO3 koja ima koncentraciju iona hdrogena od 0.76 mol dm-3.

Slide 53

d oge a od 0 6 o d

• pH nekog soka narandže je 3.33. Izračunajkoncentraciju H+ iona.

• Koncentracija OH– iona uzorka krvi je 2.5 x 10–7

mol dm-3. Koliko iznosi pH krvi?

pH SkalapH Skala

Slide 54

19

pH SkalapH Skala

Slide 55

Mjerenje pH Mjerenje pH

• Mjerenje pH vrijednosti je važan laboratorijski postupak pošto pH neke otopine značajno utiče na

Slide 56

aktivnost bioloških molekula, odnosno može uticati na ponašanje kako samih ćelija tako i cijelog organizma.

Mjerenje pHMjerenje pH

• Mjerenje pH najbolje je raditi pH metrom, instrumentom koji se zasniva

Slide 57

koji se zasniva na promjeni napona električne struje sa promjenom pH otopine.

20


Slide 58

sirće otopina amonijaka


• Manje tačan način mjerenja pH je pomoću kolorimetrijskih indikatora, hemijskih boja koje mijenjaju boju kod određene koncentracije iona hidrogena.

Slide 59

IndikatoriIndikatori

• Primjer: fenol red

Slide 60

… žut u kiseloj otopini …

… narandžast u neutralnoj otopini …

… i crven u baznoj otopini.

21


Slide 61


Slide 62

Documents

23-Kiseline i Baze