Upload
beatrix-demjen
View
218
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
unideb eloadas
Citation preview
KMIAI EGYENSLY
a legtbb kmiai reakci teljesen' vgbemegy =
a reakci a meghatroz reaktns teljes elfogysig tart
Nhny kmiai reakci nem megy vgbe teljesen, a folyamat ltszlag lell, mieltt a meghatroz reaktns elfogyna
egyenslyi llapot ll be
KMIAI EGYENSLY =
Az az llapot, amikor a reaktnsok s termkek koncentrcija idben mr nem vltozik
korbbi plda (nem kmiai):
folyadkok prolgsa s gznyoms
szilrd anyagok olvadsa
egyenslyi elegy: a reaktnsok s termkek kmiai egyenslyban lv elegye
N2O4 (g) 2NO2 (g)
a reakci tiszta N2O4bl indul NO2 jelenik meg
a reakci tiszta NO2bl indul N2O4 jelenik meg
a folyamat MEGFORDTHAT:
mindkt irnyban megtrtnhet a reaktnsok s termkek koncentrcijtl fggen
odafel reakci: fels nyl, balrl jobbra
visszafel reakci: als nyl, jobbrl balra 0
0.02
0.04
0.06
0.08
id (s)
ko
nc
en
tr
ci
(M
)
NO2
N2O4
0
0.02
0.04
0.06
0.08
id (s)
ko
nc
en
tr
ci
(M
)
NO2
N2O4
Kmiai egyensly
DINAMIKUS
az oda- s visszafel irny reakcik nem llnak le, de sebessgk egyenlv vlik a koncentrcik nem vltoznak meg a zajl reakcik ellenre
UNIVERZLIS
szigoran vve minden reakci megfordthat s egyenslyra vezet. 'Gyakorlatilag teljes' reakcik esetben az egyenslyi elegyben annyira kevs a reaktnsok anyagmennyisge, hogy az mr ksrletileg kimutathatatlan.
id (s)
rea
kc
is
eb
es
s
g (
Ms
-1)
visszafel sebessg
odafel sebessg
EGYENSLYI LLAND
N2O4 (g) 2NO2 (g)
tapasztalat:
eq
eq
cK]ON[
]NO[
42
2
2
ez a kifejezs a kmiai egyensly llapotban
fggetlen a koncentrciktl
egyenslyi koncentrci
1
1
A TMEGHATS TRVNYE
Az egyenslyi lland kifejezhet a termkek egyenslyi koncentrciinak szorzatt elosztva a reaktnsok egyenslyi koncentrciinak szorzatval gy, hogy mindegyik koncentrcit a rendezett kmiai egyenletben elfordul sztchiometriai egytthat ltal megadott hatvnyra emeljk.
a A + b B c C + d D
b
eq
a
eq
d
eq
c
eq
cK]B[]A[
]D[]C[
termk
reaktns
N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)
egyenslyi koncentrcik 500 K-en:
[N2]eq = 3,0 102 M [H2]eq = 3,7 10
2 M
[NH3]eq = 1,6 102 M
22
3
2
3
22
2
3M 107,1
037,0030,0
016,0
]H[]N[
]NH[
eqeq
eq
cK
Kc fggetlen a reaktnsok s termkek kiindulsi koncentrciitl
Kc fgg a hmrsklettl
Kc mrtkegysge a reakciegyenlettl fgg
Gzreakcikra, pl.
N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)
a Kp parcilis nyomsokkal felrt egyenslyi lland:
3
HN
2
NH
)(
)(
22
3
pp
pKp
p: parcilis nyoms
N2 idelis gz
pN2V = nN2RT [N2] = nN2/V = pN2/RT
n
c
eqeq
eq
p RTKRT
RT
pp
pK )(
)(]H[]N[
)(]NH[
)(
)( 43
22
22
3
3
HN
2
NH
22
3
mlszmvltozs
HETEROGN EGYENSLYOK
CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)
??? ]CaCO[
]CaO[]CO[ '
3
2
eq
eqeq
cK
szilrd anyagok: a koncentrci nem fgg a jelen lv anyag mennyisgtl (gznyoms!)
eq
eq
eq
cc KK ]CO[]CaO[
]CaCO[ ' 2
3
2COpKp
llandk
CaCO3 (s) Ca2+ (aq) + CO3
2 (aq)
]CO][Ca[2
3
2 cK
tiszta szilrd anyagok s tiszta folyadkok koncentrcija nem szerepel az egyenslyi llandban mert koncentrcijuk a teljes anyamennyisgtl fggetlen, s gy bepthet az egyenslyi lland rtkbe
csak a gzok s oldott anyagok koncentrcija szerepelhet az egyenslyi llandban
H2 (g) + I2 (g) 2HI (g)
]I][H[
]HI[
]I[]H[
]HI[
22
2
22
2
ceqeq
eq
c QK
egyenslyi lland: csak egyenslyban
REAKCIHNYADOS
reakcihnyados: brmely llapotban
A reakci elrehaladsnak irnya:
ha Qc = Kc, a reakci nem halad (egyensly)
ha Qc < Kc, a reakci balrl jobbra halad
ha Qc > Kc, a reakci jobbrl balra halad
EGY EGYENSLYI ELEGY SSZETTELNEK MEGVLTOZTATSA
reaktns- s termkkoncentrcik
nyoms vagy trfogat
hmrsklet
Kataliztorok soha nem befolysoljk az egyenslyi elegy sszettelt, csak az egyensly bellshoz szksges idt.
LE CHATELIER-ELV
ltalnos, kvalitatv szably annak eldntsre, hogyan vlaszol egy egyenslyi rendszer a kls hatsokra
Le Chatelier-elv: Ha egy egyenslyi rendszert kls hats r, akkor a rendszerben olyan vltozs indul be, amely a kls hatst cskkenti.
kls hats = a koncentrci, nyoms, trfogat vagy hmrsklet megvltozsa, amely befolysolja a reakcit
Henri Louis
Le Chtelier (1850-1936)
KONCENTRCIVLTOZTATS
reaktns vagy termk hozzadsnak hatsra a rendszerben olyan vltozs indul be, amely cskkenti a hozzadott anyag mennyisgt
reaktns vagy termk eltvoltsnak hatsra a rendszerben olyan vltozs indul be, amely jratermeli a hozzadott anyagot
N2 (g) + 3H2 (g) 2 NH3 (g)
500 K-en az egyenslyi koncentrcik:
[N2]eq = 3,0 102 M [H2]eq = 3,7 10
2 M
[NH3]eq = 1,6 102 M
22
3
2
3
22
2
3M 107,1
037,0030,0
016,0
]H[]N[
]NH[
eqeq
eq
cK
NH3-t tvoltunk el: [NH3] = 1 103 M
21
3
2
3
22
2
3 M 106,6037,0030,0
001,0
]H][N[
]NH[
cQ < Kc
a reakci balrl jobbra halad, NH3 keletkezik
N2 (g) + 3H2 (g) 2 NH3 (g)
22
3
2
3
22
2
3M 107,1
037,0030,0
016,0
]H[]N[
]NH[
eqeq
eq
cK
N2-t adunk a rendszerhez: [N2] = 3,0 101 M
21
3
2
3
22
2
3 M 107,1037,030,0
016,0
]H][N[
]NH[
cQ < Kc
a reakci balrl jobbra halad, a hozzadott N2 egy rsze elfogy
NYOMS- S TRFOGATVLTOZTATS
a trfogatcskkentssel elrt nyomsnvekeds olyan vltozst indt be, amely cskkenti a gzmolekulk anyagmennyisgt
a trfogatnvelssel elrt nyomscskkens olyan vltozst indt be, amely nveli a gzmolekulk anyagmennyisgt
ms anyag hozzadsval elrt nyomsnvels nem befolysolja az egyenslyi sszettelt
Ha a reakci nem jr mlszmvltozssal, pl.
H2 (g) + I2 (g) 2 HI (g)
a nyoms megvltoztatsa nem befolysolja az egyenslyi sszettelt
N2 (g) + 3H2 (g) 2 NH3 (g)
22
3
2
3
22
2
3M 107,1
037,0030,0
016,0
]H[]N[
]NH[
eqeq
eq
cK
a trfogatot felre cskkentjk (gy a nyomst ktszeresre) minden koncentrci megktszerezdik
21
3
2
3
22
2
3 M 102,4074,0060,0
032,0
]H][N[
]NH[
cQ < Kc
a reakci balrl jobbra halad, a gzmolekulk szma cskken, a nyoms cskken
N2 (g) + 3H2 (g) 2 NH3 (g)
22
3
2
3
22
2
3M 107,1
037,0030,0
016,0
]H[]N[
]NH[
eqeq
eq
cK
a trfogatot ktszeresre nveljk minden koncentrci az egyenslyi rtk fele lesz
22
3
2
3
22
2
3 M 107,60185,0015,0
0080,0
]H][N[
]NH[
cQ > Kc
a reakci jobbrl balra halad, a gzmolekulk szma nvekszik, a nyoms nvekszik
HMRSKLETVLTOZTATS
Az egyenslyi lland (nem csak az egyenslyi elegy sszettele) fgg a hmrsklettl.
Exoterm reakci (negatv H) egyenslyi llandja cskken a hmsklet nvelsnek hatsra
Endoterm reakci (pozitv H) egyenslyi llandja nvekszik a hmrsklet nvelsnek hatsra
1.00E-04
1.00E+00
1.00E+04
1.00E+08
200 400 600 800 1000
T (K)
Kc (
M-2
)
N2 (g) + 3H2 (g) 2 NH3 (g) H= 92,2 kJmol1
exoterm
N2 (g) + 3H2 (g) 2 NH3 (g) H= 92,2 kJmol1
500 K-en: Kc = 1,7 102 M2
hts 400 K-re kezdetben minden koncentrci vltozatlan
j Kc = 3,9 104 M2 > Qc = 1,7 10
2 M2
a reakci balrl jobbra halad, h keletkezik, a hmrsklet nvekszik
N2 (g) + 3H2 (g) 2 NH3 (g) H= 92,2 kJmol1
500 K-en: Kc = 1,7 102 M2
fts 600 K-re eleinte minden koncentrci vltozatlan
j Kc = 4,2 100 M2 < Qc = 1,7 10
2 M2
a reakci jobbrl balra halad, az extra h egy rszt elnyeli, a hmrsklet cskken
sszefoglal:
N2 (g) + 3H2 (g) 2 NH3 (g) H= 92,2 kJmol1
az ammniakpzdsnek kedvez:
nagy nyoms nagy kezdeti koncentrcik
alacsony hmrsklet
Problma: alacsony hmrskleten reakci sebessge is kicsi, tl nagy a reakciid
IPARI ELJRS: mrskelten magas hmrsklet s nagyon nagy nyoms
kompromisszum, amely megfelel termkkpzdst s elfogadhat reakciidt eredmnyez
Kulcsfogalmak
egyenslyi lland = equilibrium constant
a tmeghats trvnye = law of mass action
kmiai egyensly = chemical equilibrium
reakcihnyados = reaction quotient
dinamikus egyensly = dynamic equilibrium
mszgets = lime kilning
Le Chatelier-elv = Le Chateliers Principle
SAVAK S BZISOK
Szmos klnbz sav-bzis elmlet
si fogalmak: sav = savany anyag
lg = keser anyag
Antoine L. Lavoisier, 1777
a savak mindig oxignt tartalmaznak (?)
= sav (grg)
'oxign' = savkpz elem
egyszer ellenplda: HCl
Humphrey Davy, 1810
megllaptotta a HCl elemi sszettelt:
a savakban csak a hidrogn a kzs elem
1887 Svante Arrhenius: Arrhenius sav-bzis elmlet
sav: olyan anyag amely vzben oldva hidrognionokat termel
HA (aq) H+ (aq) + A (aq) HA: sav
bzis: olyan anyag, amely vzben oldva hidroxidionokat termel
MOH (aq) M+ (aq) + OH (aq) MOH: bzis
Sir
Humphry Davy
(17781829)
Arrhenius-fle sav-bzis elmlet
a savak s bzisok mindig elektrolitok
ers elektrolitok: teljes disszocici ionokra ers savak s bzisok
gyenge elektrolitok: rszleges disszocici ionokra gyenge savak s bzisok
a H+ mindig vzmolekulhoz ktve ltezik H3O+
gyenge savakra s bzisokra disszocicis egyenlyi llandk definilhatk:
HA (aq) H+ (aq) + A (aq)
eq
eqeq
cK]HA[
]A[]H[
HIDROXNIUM ION
A BRNSTED-LOWRY SAV-BZIS ELMLET
a vznek nincs kzponti szerepe
Johannes Nicolaus Brnsted (18791947)
Thomas Martin Lowry
(18741936)
A BRNSTED-LOWRY SAV-BZIS ELMLET
Brnsted-Lowry sav: H+ leadsra kpes rszecske
Brnsted-Lowry bzis: H+ felvtelre kpes rszecske
HCl + H2O Cl + H3O
+
sav1 bzis2 bzis1 sav2
NH3 + H2O NH4+ + OH
bzis1 sav2 sav1 bzis2
Egy anyag soha nem sav vagy bzis nmagban, csak egy kmiai reakciban viselkedhet savknt vagy bzisknt.
A Brnsted-Lowry sav-bzis elmlet
egy sav-bzis reakci midnig:
ersebb sav + ersebb bzis gyengbb sav + gyengbb bzis
konjuglt sav-bzis prok:
HCl s Cl, NH4+ s NH3
egy sav vzben trtn disszocicijra jellemz egyenslyi lland = savi disszocicis lland, a sav erssgnek mrtke
HA + H2O H3O+ + A
]HA[
]A][H[ dK
A vz kimarad, mert nem oldott anyag.
HClO4 ClO4
HCl Cl
H2SO4 HSO4
HNO3 NO3
H3O+ H2O
HSO4 SO4
2
H3PO4 H2PO4
HNO2 NO2
HF F
CH3COOH CH3COO
H2CO3 HCO3
H2S HS
NH4+ NH3
HCN CN
HCO3 CO3
2
H2O OH
NH3 NH2
ersebb savak
ersebb bzisok
ers savak
gyenge
savak
nagyon
gyenge
bzisok
gyenge
bzisok
ers bzis nagyon gyenge sav
A VZ DISSZOCICIJA
H2O + H2O OH + H3O
+
sav1 bzis2 bzis1 sav2
Ez a reakci mindig egyenslyban van, amikor a vz az oldszer. Az egyenslyi lland:
Kw = [OH][H3O
+] = 1,0 1014 M2 25 C-on
(Kw: a vz ionszorzata)
Tiszta vz
[OH] = [H3O+] = (1,0 1014 M2) = 1,0 107 M
Oldatok:
nemcsak vz van jelen, hanem ms anyag is
ltalban [OH] [H3O+]
[H3O+] > [OH] savas oldat
[H3O+] = [OH] semleges oldat
[H3O+] < [OH] lgos oldat
25 C-on
[H3O+] > 1,0 107 M
[H3O+] = 1,0 107 M
[H3O+] < 1,0 107 M
A pH defincija Sren Peder Lauritz Srensen (farncia) 'puissance d'hydrogne' = hidrogn-egytthat vagy (latin) pondus Hydrogenii
vagy (latin) potentia hydrogenii
pH = log[H3O+]
pH < 7 savas oldat
pH = 7 semleges oldat
pH > 7 lgos oldat
25 C-on
(18681939)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
pH
1,0 mol/dm3 ssav 1,0 mol/dm3 ntronlg
tiszta vz
citroml vrsbor
Coca-Cola szdabikarbna
szalmikszesz
esvz
savas es
gyomor-
sav
vr
Kw Semleges pH
15 C 5,81015 7,12
20 C 8,61015 7,03
25 C 1,271014 6,95
30 C 1,891014 6,86
40 C 3,81014 6,71
50 C 5,61014 6,63
60 C 1,261013 6,45
70 C 2,11013 6,34
SAV-BZIS INDIKTOROK
HIn + H2O In + H3O
+
A szn B szn
Indiktor: Nagy szerves molekula, amely gyenge sav, a savi s a bzisos forma szne klnbz.
Plda: metilnarancs, metilvrs, fenolftalein
brmkrezolzld, klrofenolvrs, fenolvrs, alizarinsrga, ....
Klnbz indiktorok klnbz pH-n vltanak sznt.
UNIVERZLIS indiktor: klnbz indiktorok keverke
pH = 3-4 pH = 4-5 pH = 9-10
TERMSZETES INDIKTOROK
Ltezik negatv pH?
Mirt van a reklmokban pH 5.5 semlegesknt?
Igen: pl. 2 M HCl
Nhny savas bnyavz pH-ja 1 krl.
1. A testhmrsklet 37 C krl van
2. Ez a pH brsemleges = a brvel azonos
A br kmiai rtelemben enyhn savas.
A reklm ksztit nem rdekli a magyar helyesrs.
Ers savak pH-ja
HCl + H2O Cl + H3O
+
Ers sav = ers elektrolit = gyakorlatilag teljes disszocici
cHCl : analitikai koncentrci = a disszocici eltti koncentrci
[Cl]eq = [H3O+]eq = cHCl pH = log cHCl
cHCl = 1,0 M [H3O+]eq = 1,0 M pH = 0,0
cHCl = 0,10 M [H3O+]eq = 0,1 M pH = 1,0
cHCl = 0,010 M [H3O+]eq = 0,010 M pH = 2,0
cHCl = 1,0 103 M [H3O
+]eq = 1,0 103 M pH = 3,0
Ers bzisok pH-ja
NaOH OH + Na+
Ers bzis = ers elektrolit = gyakorlatilag teljes disszocici
cNaOH : analitikai koncentrci
[OH]eq = [Na+]eq = cNaOH [H3O
+] = Kw/[OH]eq
pH = 14 + log cNaOH (25 C-on)
cNaOH = 1,0 M pH = 14,0
cNaOH = 0,10 M pH = 13,0
cNaOH = 0,010 M pH = 12,0
cNaOH = 1,0 103 M pH = 11,0
CaO + H2O Ca2+ + 2OH
[OH]eq = 2 [Ca2+]eq = 2 cCaO [H3O
+]eq = Kw/[OH]eq
pH = log (Kw/[OH]eq) = log Kw + log 2 + log cCaO
pH = 14,30 + log cCaO (25 C-on)
cCaO = 0,10 M pH = 13,3
cCaO = 0,010 M pH = 12,3
cCaO = 1,0 103 M pH = 11,3
Ers bzisok pH-ja
Gyenge savak pH-ja
CH3COOH + H2O CH3COO + H3O
+
Ka: savi disszocicis lland
ca: a CH3COOH analitikai koncentrcija
ca = [CH3COOH] + [CH3COO]
[H3O+] = [CH3COO
]
: disszocicifok 0 1
M108,1]COOHCH[
]COOCH][OH[ 5
3
33a
K
]COOCH[]COOHCH[
]COOCH[ ]COOCH[
33
3
a
3
c
msodfok egyenlet: 2ca = Ka Ka
M108,11]COOHCH[
]COOCH][OH[ 52
3
33
aa
cK
a
aa
2
aa
2
4
c
cKKK
ca = 1,0 M = 0,0042 [H3O+] = 0,0042 M pH = 2,37
ca = 0,10 M = 0,0133 [H3O+] = 0,00133 M pH = 2,88
ca = 0,010 M = 0,0415 [H3O+] = 0,000415 M pH = 3,38
ca = 0,0010 M = 0,1255 [H3O+] = 0,000125 M pH = 3,90
Gyenge bzisok pH-ja
NH3 + H2O NH4+ + OH
Kb: bzisos disszocicis lland
cb: az NH3 analitikai koncentrcija
M 1075,1]NH[
]OH][NH[ 5
3
4b
K
]NH[]NH[
]NH[ ]NH[
43
4
b
4
c
teljes analgia a gyenge savakkal
msodfok egyenlet: 2cb = Kb Kb
M1075,11]NH[
]OH][NH[ 52
3
4
bb
cK
b
bb
2
bb
2
4
c
cKKK
cb = 1,0 M pH = 11,62
cb = 0,10 M pH = 11,12
cb = 0,010 M pH = 10,61
cb = 0,0010 M pH = 10,09
Gyenge savak pKa-ja s gyenge bzisok pKb-je
p: egy szm 10-es alap negatv logaritmusa
pKa = logKa a sav pKa-ja
pl. ecetsav Ka = 1,8 105 M pKa = 4,74
pKb = logKb a bzis pKb-je
pl. ammnia Kb = 1,75 105 M pKb = 4,76
Konjuglt sav-bzis prok
NH3 + H2O NH4+ + OH
]NH[
]OH][NH[
3
4b
K
NH4+ + H2O NH3 + H3O
+
]NH[
]OH][NH[
4
33a
K
wKKK
]OH][OH[]NH[
]OH][NH[
]NH[
]OH][NH[3
4
33
3
4ab
pKa + pKb = pKw
Tbbrtk savak
H2CO3 + H2O HCO3 + H3O
+
M 103,4]COH[
]HCO][OH[ 7
32
33a1
K
H2CO3: sznsav, ktrtk sav, kt klnll savi disszocicis lland
HCO3 + H2O CO3
2 + H3O+
M 106,5]HCO[
]CO][OH[ 11
3
2
33a2
K
pKa1 = 6,37
pKa2 = 10,25
Tbbrtk savak
Nv / Kplet pKa1 pKa2 pKa3
Sznsav
H2CO3 6,37 10,25
Foszforsav
H3PO4 2,12 7,21 12,32
Knsav
H2SO4 ers 1,92
Knessav
H2SO3 1,82 7,20
Sk sav-bzis tulajdonsgai
NaCl: ntrium-klorid, a vizes oldat semleges
NH4Cl: ammnium-klorid, a vizes oldat savas
NaCH3COO: ntrium-acett, a vizes oldat lgos
NH4Cl (s) NH4+ (aq) + Cl (aq)
NaCH3COO (s) Na+ (aq) + CH3COO
(aq)
gyenge sav
gyenge bzis
ers sav + ers bzis semleges oldat
ers sav + gyenge bzis gyengn savas oldat
gyenge sav + ers bzis gyengn lgos oldat
ltalnos szably:
Sk sav-bzis tulajdonsgai
Eloszlsgrbk
Egyenslyi sszettelt jellemz brk:
x-tengely: pH vagy ms egyenslyi vagy analitikai koncentrci
y-tengely: egyenslyi koncentrcik vagy mltrtek
az egyenslyi sszettel leolvashat egy paramter vltozsnak fggvnyben
nemcsak sav-bzis, hanem egyb egyenslyokra is felrajzolhat (pl. komplexkpzds)
Eloszlsgrbk
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13pH
m
lt
rt
CH3COOH
4,74
CH3COO
ecetsav
Eloszlsgrbk
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13pH
m
lt
rt
NH3
9,24
NH4+
ammnia
Eloszlsgrbk
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13pH
m
lt
rt
H2CO3 HCO3 CO3
2
sznsav
Eloszlsgrbk
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13pH
m
lt
rt
H3cit
H2cit Hcit2
citromsav
cit3
Kulcsfogalmak
Arhhenius sav-bzis elmlet = Arrhenius acid-base concept
Brnsted-Lowry sav-bzis elmlet = Brnsted-Lowry acid-base concept
vzionszorzat = ionic product of water
eloszlsgrbe = distribution curve
savas = acidic lgos = basic semleges = neutral
s = salt tbbrtk sav = polyprotic acid
konjuglt sav = conjugate acid
konjuglt bzis = conjugate base
savi disszocicis lland = acid dissociation constant
bzisos disszocicis lland = base dissociation constant
Pufferoldatok
vz vagy egyszer sk oldata:
kis mennyisg sav vagy lg hozzadsa nagy pH-vltozst eredmnyez
Biolgiai rendszerek, ipari folyamatok:
Gyakran nagyon fontos az oldatok pH-jnak lland rtken tartsa.
Pufferoldatok:
olyan oldat, amely pH-jt nehz megvltoztatni olyan oldat, amelynek a pH-ja nem rzkeny hgtsra, ers sav vagy ers bzis hozzadsra
Pufferoldatok
CH3COOH CH3COO
HCO3 CO3
2
H2PO4 HPO4
2
NH4+ NH3
A legegyszerbb pufferoldatok:
GYENGE SAV + KONJUGLT BZIS
NH4+/NH3 puffer:
savhozzads NH3 + H3O+ NH4
+ + H2O
lghozzads NH4+ + OH NH3 + H2O
OH fogysa
H3O+ fogysa
Pufferoldatok pH-ja
HendersonHasselbach-egyenlet:
a pH kiszmtsa a gyenge sav pKa-ja, a savi s a bzisos forma koncentrcija alapjn
]Sav[
]Bzis[ logppH a K
0,10 M CH3COOH / 0,10 M NaCH3COO puffer
pKa (ecetsav) = 4,74 [Bzis] = [CH3COO] = 0,10 M
[Sav] = [CH3COOH] = 0,10 M pH = 4,74
0,10 M NH3 / 0,05 M NH4Cl buffer
pKa (ammniumion) = 9,24 [Bzis] = [NH3] = 0,10 M
[Sav] = [NH4+] = 0,05 M pH = 9,54
Lawrence Joseph
Henderson (18781942 Karl Albert Hasselbalch
(18741962)
Pufferoldatok pH-ja
HendersonHasselbach-egyenlet:
]Sav[
]Bzis[ logppH a K
Pufferkapacits
Ugyanarra a fogalomra klnbz defincik
1. ltalnos definci (nem kvantitatv): sav vagy bzis mennyisge, amelyet egy adott pufferoldathoz a pH jelents megvltozsa nlkl hozz lehet adni
viszonylag nagy/kicsi pufferkapacits
2. Kvantitatv definci: ers sav vagy ers bzis azon mennyisge, amely a puffer 1,00 dm3-nek pH-jban 1,00 egysgnyi vltozst okoz
egy oldat kvantitatv pufferkapacitsa ltalban klnbz savra s bzisra nzve
Titrlsi grbk: ers sav ers bzis
NaOH + HCl NaCl + H2O
Egy HCl-mintt (trfogat: Va, koncentrci: ca) titrlunk NaOH-oldattal (koncentrci: cb). Titrlsi grbe: pH a hozzadott mroldat trfogatnak fggvnyben (Vb).
a vgpont eltt: HCl-felesleg
ba
bbaa logpHVV
cVcV
ba
aabb logppHVV
cVcVKw
vgpont: semleges oldat pH = 7,00
a vgpont utn: NaOH-flsleg
0
7
14
0 50 100 150 200
V (a vgpont %-a)
pH
ers sav ers bzis
vgpont
Titrlsi grbk: gyenge sav ers bzis
CH3COOH + NaOH NaCH3COO + H2O
a vgpont eltt: puffer
bbaa
bba
logppH
cVcV
cVK
ba
aabb logppHVV
cVcVKw
vgpont: gyenge bzis
a vgpont utn: a NaOH feleslege
kezdpont: gyenge sav aacKlogpH
)(logppH
baa
baww
ccK
ccKK
0
7
14
0 50 100 150 200
V (a vgpont %-a)
pH
gyenge sav ers bzis
vgpont
Ka = 1,8 105 M
Ka = 4,5 104 M
Ka = 3,5 108 M
Olddsi egyensly
AgCl (s) Ag+ (aq) + Cl (aq)
Ksp = [Ag+][Cl]
CaF2 (s) Ca2+ (aq) + 2 F (aq)
Ksp = [Ca2+][F]2
MmXx (s) m Mn+ (aq) + x Xy (aq)
Ksp = [Mn+]m[Xy]x
Ksp: oldhatsgi szorzat
Oldhatsgi szorzatok
Nv Kplet Ksp
Alumnium-hidroxid Al(OH)3 1,9 1033 M4
Brium-karbont BaCO3 2,6 109 M2
Kalcium-karbont CaCO3 5,0 109 M2
Kalcium-fluorid CaF2 1,5 1010 M3
lom(II)-klorid PbCl2 1,2 105 M3
lom(II)-kromt PbCrO4 2,8 1013 M2
Ezst(I)-klorid AgCl 1,8 1010 M2
Ezst(I)-szulft Ag2SO4 1,2 105 M3
Oldhatsg s oldhatsgi szorzat
Ksp oldhatsgi szorzat: egyenslyi lland, amely az olddsi egyenslyra adott hmrskleten brmilyen kzegben jellemz
S oldhatsg: egy adott kzegben a teltett oldat koncentrcija
AgCl tiszta vzben:
[Ag+] = [Cl] = S Ksp = S2
S = (1,8 1010 M2) = 1,3 105 M
AgCl 0,10 M NaCl-ban:
[Ag+] = S [Cl] = 0,10 M Ksp = S 0,10 M
S = (1,8 1010 M2) / 0,10 M = 1,8 109 M
sajtionhats
Lewis-fle sav-bzis elmlet
1923:
A hidrognionoktl fggetlen sav-bzis elmlet.
Gilbert Newton Lewis
(18751946)
Lewis-fle sav-bzis elmlet
A hidrogn elemtl fggetlen sav-bzis elmlet.
Lnyeges rszecske:ELEKTRON!
SAV: elektronpr-akceptor rszecske (molekula vagy ion)
BZIS: elektronprdonor rszecske (mokekula vagy ion)
:NH3 + H+ [H:NH3]
+ (NH4+)
Lewis-bzis Lewis-sav
:NH3 + BF3 BF3NH3 Lewis-bzis Lewis-sav
Komplexkpzds
egy fmion (Lewis-sav) reakcija egy vagy tbb ligandummal (Lewis-bzis)
Al3+ + 6 H2O [Al(H2O)6]3+
Cu2+ + 4 NH3 [Cu(NH3)4]2+
Ag+ + 2 S2O32 [Ag(S2O3)2]
3
fmkomplex koordincis vegylet
Koordincis vegylet: olyan vegylet, amelyben egy kzponti ionhoz (atomhoz) az t krlvev molekulk koordinatv kovalens ktssel kapcsoldnak
Ligandum: a koordincis vegyletben a kzponti ionhoz (atomhoz) kapcsold molekula
Donoratom: az az atom a ligandumban, amely
kzvetlenl a kzponti ionhoz (atomhoz) kapcsoldik
Koordincis szm: egy koordincis vegyletben a kzponti iont (atomot) krlvev donoratomok szma
Koordincis geometria: a kzponti ion (atom) krl lv donoratomok trbeli elhelyezkeds, a koordincis vegylet alakja
[Al(H2O)6]3+ kzponti ion: Al3+ ligandum: H2O
donoratom: O koordincis szm: 6 geometria: oktaderes
[Zn(NH3)4]2+ kzponti ion: Zn2+ ligandum: NH3
donoratom: N koordincis szm: 4 geometria: tetraderes
[Pt(NH3)2Cl2] cisz-platin (nevezetes rkellenes szer) kzponti ion: Pt2+ ligandum: NH3 and Cl
donoratomok: N s Cl koordincis szm: 4 geometria: skngyzetes
Lpcszetes komplexkpzdsi egyenslyok
Zn2+ + NH3 [Zn(NH3)]2+
[Zn(NH3)]2+ + NH3 [Zn(NH3)2]
2+
[Zn(NH3)2]2+ + NH3 [Zn(NH3)3]
2+
[Zn(NH3)3]2+ + NH3 [Zn(NH3)4]
2+
]NH][Zn[
])Zn(NH[
3
2
2
31
K
]NH][)Zn(NH[
])Zn(NH[
3
2
3
2
232
K
]NH][)Zn(NH[
])Zn(NH[
3
3
23
2
333
K
]NH][)Zn(NH[
])Zn(NH[
3
3
33
2
434
K
egyenslyi llandk:
lpcszetes komplex-kpzdsi llandk
Zn2+ + NH3 [Zn(NH3)]2+
Zn2+ + 2 NH3 [Zn(NH3)2]2+
Zn2+ + 3 NH3 [Zn(NH3)3]2+
Zn2+ + 4 NH3 [Zn(NH3)4]2+
1
3
2
2
31
]NH][Zn[
])Zn(NH[ K
212
3
2
2
232
]NH][Zn[
])Zn(NH[ KK
3213
3
2
2
333
]NH][Zn[
])Zn(NH[ KKK
43214
3
2
2
434
]NH][Zn[
])Zn(NH[ KKKK
egyenslyi llandk:
stabilitsi szorzatok
Lpcszetes komplexkpzdsi egyenslyok Eloszlsgrbk
Al3+ + F AlF2+ log = 7,0
Al3+ + 2F AlF2+ log = 12,7
Al3+ + 3F AlF3 log = 16,8
Al3+ + 4F AlF4 log = 19,4
Al3+ + 5F AlF52 log = 19,4
Al3+ + 6F AlF63 log = 19,8
Eloszlsgrbk
1.0E-08
1.0E-06
1.0E-04
1.0E-02
1.0E+00
0.0001 0.001 0.01 0.1 1cfluorid (M)
ko
ncen
trci
(M
)
AlF63
AlF52
AlF4
F
Al3+
AlF3
AlF2+
AlF2+
calumnium = 0,001 M
Eloszlsgrbk
1.0E-08
1.0E-07
1.0E-06
1.0E-05
1.0E-04
1.0E-03
1.0E-08 1.0E-06 1.0E-04 1.0E-02 1.0E+00
[F-] (M)
ko
ncen
trci
(M
)
AlF63
AlF52
AlF4
Al3+
AlF3 AlF2+
AlF2+
Zn2+ + NH3 Zn(NH3)2+ log = 2,21
Zn2+ + 2 NH3 Zn(NH3)22+ log = 4,50
Zn2+ + 3 NH3 Zn(NH3)32+ log = 6,86
Zn2+ + 4 NH3 Zn(NH3)42+ log = 8,89
Eloszlsgrbk
Zn2+ + OH Zn(OH)+ log = 5,04
Zn2+ + 2 OH Zn(OH)2 log = 11,10
Zn2+ + 3 OH Zn(OH)3 log = 13,60
Zn2+ + 4 OH Zn(OH)42 log = 14,80
ZnO + H2O Zn2+ + 2 OH log Ksp = 16,86
H+ + NH3 NH4+ log = 9,24
H2O H+ + OH log Kw = 14,00
Eloszlsgrbk
1.0E-05
1.0E-04
1.0E-03
4 6 8 10 12 14pH
ko
ncen
trci
(M
)
Zn2+
Zn(NH3)2+
Zn(NH3)22+
Zn(NH3)32+
Zn(NH3)42+
Zn(OH)42
ZnO
Zn(OH)32
ccink = 0,001 M
Egyensly s termodinamika
egyenslyi llandk termodinamikai informci (ms: pl. kinetikai informci)
Az egyenslyi llandk soha nem tartalmaznak informcit az egyensly bellthoz szksges idrl.
A termodinamikai fggvnyek (szabadentalpia) s az egyenslyi llandk kztti kapcsolat:
G = RT lnKc
Kulcsfogalmak puffer = buffer pufferkapacits = buffer capacity
titrls = titration titrlsi grbe = titration curve
vgpont = end point oldhatsg = solubility
oldhatsgi szorzat = solubility product
Lewis-fle sav-bzis elmlet = Lewis acid-base theory
Lewis-sav = Lewis acid Lewis-bzis = Lewis base
komplexkpzds = complex formation
koordincis vegylet = coordination compound
kzponti ion = central ion donoratom = donor atom
ligandum = ligand koordincis szm = coordination number
lpcszetes komplexkpzds = stepwise complex formation
stabilitsi szorzat = stability product