I. RÓWNOWAGI W ROZTWORACH ELEKTROLITÓW. KWASY I ZASADY Pojęcia podstawowe i definicje ELEKTROLITEM jest każda substancja, która rozpuszczając się w wodzie lub innym rozpuszczalniku polarnym ulega dysocjacji elektrolitycznej na jony: dodatnie – kationy i ujemne – aniony. ● Elektrolitami są kwasy, zasady i sole, niezależnie od tego, czy są to związki nieorganiczne, czy też organiczne. Roztwory elektrolitów przewodzą prąd elektryczny. Przewodnictwo elektryczne roztworu zależy od rodzaju i stężenia elektrolitu oraz właściwości rozpuszczalnika. ● Roztwory nieelektrolitów nie przewodzą prądu. ROZPUSZCZALNIKI POLARNE mają dużą przenikalność dielektryczną (ε) względem próżni, a ich cząsteczki są obdarzone trwałym momentem dipolowym (μ). Rozpuszczalniki polarne wykazują również zdolność do solwatacji cząsteczek i jonów substancji rozpuszczonych. Najczęściej stosowanym rozpuszczalnikiem o unikalnych właściwościach fizykochemicznych jest woda. Rolę przenikalności dielektrycznej ośrodka (rozpuszczalnika), w którym znajdują się dwa ładunki elektryczne q 1 i q2 uzasadnia prawo Coulomba. Gdy ładunki te w próżni i w ośrodku o względnej przenikalności dielektrycznej ε dzieli taka sama odległość r , to siły ich oddziaływań elektrostatycznych są następujące: 2 2 1 1 r q q k F - w próżni, (1) 2 2 1 2 r q q k F - w danym ośrodku, (2) gdzie k = 8,9867·10 9 Nm2/C2, oraz F 1 F2 . Dipolowy charakter cząsteczek rozpuszczalnika jest jednym z warunków solwatacji cząsteczek lub jonów substancji rozpuszczonej. Tabela 1. Właściwości wybranych rozpuszczalników Rozpuszczalnik Względna przenikalność dielektryczna Moment dipolowy , D Oktan, C8H18 Cykloheksan, C6H12 Benzen, C6H6 Toluen, C6H5CH3 Dichlorometan, CH2Cl2 Chloroform, CHCl3 Metanol*, CH3OH Etanol*, C2H5OH Nitrobenzen*, C6H5NO2 DMSO**, (CH3)2SO Formamid*, HC(O)NH2 Ciekły amoniak*, NH 3 Woda* 1,95 2,02 2,30 2,38 8,93 4.72 32,6 24.3 34.8 46,6 109,5 16,9 78.4 0 0 0 0.31 1.14 1.15 1.70 1.73 4.03 3,90 1,51 1,47 1.83 1Debye (1D), 1D = 3,338∙10 -30 C·m; *rozpuszczalniki solwatujące;
(…)
… = 1,83·10-5
Stężenie kwasu, mol/dm3
0,2
0,1
0,01
0,005
0,001
Stopień dysocjacji, %
0,95
1,36
4,19
5,85
12,6
Gdy α << 1, wówczas równanie (16) upraszcza się do
postaci:
1
K a 2 c HA o
(17)
c
Stężeniowa stała dysocjacji słabego kwasu zależy
od temperatury i jest jego cechą charakterystyczną.
Na wartości stężeniowych stałych dysocjacji kwasów
wpływa również siła jonowa roztworu. Stężeniowe
stałe dysocjacji kwasów są podawane w tablicach
jako wartości pKa:
pKa = - log Ka,
(18)
wyznaczone w temperaturze 25oC przy ustalonej sile
jonowej.
Dysocjacja słabej zasady BOH
BOH ↔ B+ + OHStężeniową stałą dysocjacji zasady definiuje wzór:
[ B ][OH ] 1
Kb
o
[ BOH ]
c
(19)
gdzie [B+], [OH-] i [BOH] są równowagowymi
stężeniami jonów i cząsteczek.
Definicja stopnia dysocjacji słabej zasady BOH:
[OH ]
c…
…
słabego kwasu wzrasta, gdy jego stężenie
w roztworze maleje.
Tabela 2. Stopień dysocjacji w roztworach wodnych kwasu
octowego w 18o C, Ka = 1,83·10-5
Stężenie kwasu, mol/dm3 Stopień dysocjacji, %
0,2 0,95
0,1 1,36
0,01 4,19
0,005 5,85
0,001 12,6
Gdy α << 1, wówczas równanie (16) upraszcza się do
postaci:
1
K a 2 c HA o (17)
c
Stężeniowa stała dysocjacji słabego kwasu zależy
od temperatury i jest jego cechą charakterystyczną.
Na wartości stężeniowych stałych dysocjacji kwasów
wpływa również siła jonowa roztworu. Stężeniowe
stałe dysocjacji kwasów są podawane w tablicach
jako wartości pKa:
pKa = - log Ka, (18)
wyznaczone w temperaturze 25oC przy ustalonej sile
jonowej.
Dysocjacja słabej zasady BOH
BOH ↔ B+ + OH-
Stężeniową stałą dysocjacji zasady definiuje wzór:
[ B ][OH ] 1
Kb o (19)
[ BOH…
… siłą jonową
roztworu. W tablicach stężeniowe stałe dysocjacji
zasad są podawane jako wartości pKb dla 25oC
i ustalonej siły jonowej.
pKb = - log Kb (27)
Dysocjacja słabych kwasów i zasad
w obecności elektrolitów mocnych o wspólnym jonie
Słabe elektrolity często występują w roztworach
zawierających elektrolity mocne dysponujące
identycznym (wspólnym) jonem: słaby kwas HA
z mocnym kwasem, np. HCl…
…, a w temperaturze krzepnięcia jest w
równowadze z lodem. Z kolei lód, przy ustalonym
ciśnieniu i w temperaturze niższej od temperatury
topnienia pozostaje w równowadze z parą nasyconą.
Wszystkie trzy fazy: lód, woda i para nasycona,
istnieją we wzajemnej równowadze przy ściśle
określonym ciśnieniu i temperaturze, które na
wykresie fazowym wody (rys. 5) wyznaczają tzw.
punkt potrójny. W punkcie tym przecinają się linie
równowag dwufazowych: woda – para nasycona
(parowanie – skraplanie), woda – lód (krzepnięcie –
topnienie) oraz lód – para nasycona (sublimacja –
kondensacja).
Wodny roztwór związku chemicznego jest
układem dwuskładnikowym. Gdy stężenie roztworu
jest stałe, to parametrami niezależnymi są ciśnienie
i temperatura, a odpowiedni wykres fazowy (rys. 6)
jest podobny do wykresu fazowego wody.
Rys. 5…
…-
rzędowe zasady amoniowe (CnH2n+1)4OH.
KOH → K+ + OH-
Stężenie jonów wodorotlenowych w roztworze
mocnej zasady MOH jest równe jej stężeniu
analitycznemu.
Elektrolity słabe
Kwasy: HNO2, HCN, H2S, HClO, kwasy karboksylowe
- HCOOH i CH3COOH;
Zasady: NH4OH, Be(OH)2, Fe(OH)2, aminy -
metyloamina CH3NH2, anilina C6H5NH2, pirydyna
C5H5N.
HClO ↔ H+ + ClO-
NH4OH ↔ NH4+ + OH-
UWAGA:
● Równania stechiometryczne…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)