I. RÓWNOWAGI W ROZTWORACH ELEKTROLITÓW . KWASY I ZASADY Pojęcia podstawowe i definicje ELEKTROLITEM jest ka żda 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 właś ciwości 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 q 2 uzasadnia prawo Coulomba . Gdy ładunki te w próżni i w ośrodku o względnej przenikalności dielektrycznej ε dzieli taka sama odległość r , to s iły ich oddziaływań elektrostatycznych są następujące : - w próżni, (1) - w danym ośrodku, (2) gdzie k = 8,9867·10 9 Nm 2 /C 2 , oraz F 1 F 2 . Dipolowy charakter cząsteczek rozpuszczalnika jest jednym z warunków solwatacji cząsteczek lub jonów subst ancji rozpuszczonej. Tabela 1. Właściwości wybranych rozpuszczalników Rozpuszczalnik Względna przenikalność dielektryczna ε Moment dipolowy μ , D Oktan, C 8 H 18 Cykloheksan, C 6 H 12 Benzen, C 6 H 6 Toluen, C 6 H 5 CH 3 Dichlorometan, CH 2 Cl 2 Chloroform, CHCl 3 Metan ol*, CH 3 OH Etanol*, C 2 H 5 OH Nitrobenzen*, C 6 H 5 NO 2 DMSO* * , (CH 3 ) 2 SO Formamid*, HC(O)NH 2 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
(…)
… w stanie wzajemnej równowagi. Pod stałym ciśnieniem woda w temperaturze niższej od temperatury wrzenia jest w równowadze z własną parą nasyconą, 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…
…, lecz nowa para kwas - zasada:
kwas1 + zasada2 ↔ kwas2 + zasada1 (53)
Przykłady:
Kwas1 Zasada2 Zasada1 Kwas2
HCl + H2O ↔ Cl- + H3O+
NH4+ + H2O ↔ NH3 + H3O+
H2O + CN- ↔ OH- + HCN
HSO4- + OH- ↔ SO42- + H2O
Teoria Lewisa
Według założeń teorii Lewisa akceptory par elektronowych są kwasami, a donory tych par są zasadami. Dzięki temu do kategorii kwasów można zaliczyć niektóre związki aprotonowe, np. AlCl3 i SbCl5, oraz kationy metali przejściowych tworzących z donorami par elektronowych (ligandami) związki kompleksowe. Donorowy atom zasady Lewisa ma wolną parę elektronową, dzięki czemu może utworzyć trwałe wiązanie koordynacyjne z akceptorowym atomem kwasu Lewisa.
Przykładowo, trójtlenek siarki SO3 jest kwasem Lewisa, ponieważ atom siarki w tym związku ma cztery hybrydyzowane orbitale sp3 obsadzone przez sześć elektronów. Produktem reakcji SO3 z wodą jako zasadą Lewisa jest kwas siarkowy(VI). Anion siarczanowy(VI) ma strukturę tetraedryczną, a atom siarki uzyskuje w powłoce walencyjnej trwałą, oktetową konfigurację elektronową. Czysty, bezwodny trójchlorek glinu, AlCl3, jest katalizatorem w syntezie organicznej, ponieważ jako kwas Lewisa reaguje z organicznymi donorami par elektronowych, np. pirydyną…
… Kw zależy nie tylko od temperatury. Istotny jest również wpływ siły jonowej roztworu, która jest funkcją stężeń obecnych w nim elektrolitów. Do określenia odczynu roztworu wodnego wystarczy znać jego pcH. W roztworach obojętnych pcH = 7, w kwaśnych pcH < 7 i w zasadowych pcH > 7. Uwaga: W odróżnieniu od pH, wyznaczanego przez pomiar pH-metryczny, wartość pcH można bardzo łatwo obliczyć…
…)
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…
… amoniaku (NH4OH) w wodzie.
Tabela 3. Wpływ temperatury na stałe dysocjacji amoniaku
Temperatura, oC
Kb
0
10
25
40
1,4∙10-5
1,6∙10-5
1,8∙10-5
2,0∙10-5
Na wartości stężeniowych stałych dysocjacji zasad wpływa również wielkość I zwana 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…
…
[BOH] = cBOH - [OH-]BOH
(32)
Gdy cMOH i cBOH >> [OH-]BOH, to:
(33)
(34)
(35)
Roztwory buforowe
Roztwór zawierający słaby elektrolit oraz pochodzącą od niego sól nazywamy roztworem buforowym. pcH roztworu buforowego jako funkcja stosunku stężeń słabego elektrolitu i soli pozostaje praktycznie stałe w trakcie rozcieńczania roztworu. Ponadto, pcH roztworu buforowego zmienia się stosunkowo nieznacznie…
… roztworu jest stałe, to parametrami niezależnymi są ciśnienie i temperatura, a odpowiedni wykres fazowy (rys. 6) jest podobny do wykresu fazowego wody.
Rys. 5. Wykres fazowy wody
po = 101, 3 kPa, Tt - temp. topnienia, Tw - temp. wrzenia, T3 - temp. w punkcie potrójnym
Rys. 6. Wykres fazowy roztworu wodnego (linie przerywane) na tle wykresu fazowego wody (linie ciągłe)
Dyfuzja, osmoza, ciśnienie osmotyczne…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)