EVENWICHTEN VOOR ZUREN EN BASEN

Transcriptie

1 EVENWICHTEN VOOR ZUREN EN BASEN

2 Een zuur is een chemisch bestanddeel dat waterstofionen afsplitst bij oplossen in water H zuurrest water H zuurrest Een base is een chemisch bestanddeel dat hydroxide-ionen afsplitst bij oplossen in water HO baserest water baserest OH

3 De H -ionen zijn dermate klein dat de positieve lading zich concentreert op de kern van het H-atoom. Daardoor kan een «vrij sterke binding» aangegaan worden met omringende watermoleculen. De interactie met water is zo sterk dat deze tijdelijke binding een permanent karakter krijgt (hydroxoniumion) H O H 3 O H H O H O 3 H zuurrest H O water H O 3 zuurrest H-zuurrest H O H 3 O zuurrest - c evenwichtsreactie

4 Een base is een verbinding die H -ionen kan opnemen bij oplossen in water base water H base base water H O H base OH Een ZUUR is een PROTONDONOR in waterige oplossing H rest H O water H 3 O rest Een BASE is een PROTONACCEPTOR in waterige oplossing base water H O H base OH

5 ! HB H O H 3 O B - ZUUR BASE ZUUR BASE B H O HB OH - BASE ZUUR ZUUR BASE

6 "#! Voor het zuur HB H O H 3 O B - () Voor de base B - H O HB OH - () De som van () en () levert ons de eigendissociatie van H O H O H 3 O OH - Het verschil van () en () levert ons: HB - B - B - - HB ( H H 3 O OH - ) - OH - waaruit: HB H B - GECONJUGEERD ZUUR BASE PAAR d.i. EEN GECONJUGEERD ZUUR-BASE SYSTEEM

7 ! Oplossen van een zuur van systeem 1 in H O Oplossen van een base van systeem in H O Oplossen van zuur-base systemen???? H O is protonenacceptor H O is protonendonor Het zuur van een eerste zuur-base systeem reageert met de base van een tweede zuur-base systeem in die richting waarbij het sterkere zuur en de sterkere base zich omzetten tot een zwakker zuur en een zwakkere base HB 1 H B 1 - HB H B - HB 1 B - HB B 1 -

8 $$ Oplossen van een zuur in water HB H O H 3 O B - We kunnen hiervoor de uitdrukking voor de evenwichtsconstante C schrijven: [ H O ][ B ] 3 c [ HB] [ H O] Gezien de concentratie van H O in zuiver water 55,5 M is (1L zuiver water 1000 g, MM van H O 18 g/mol) c 55,5 z [ ][ ] H O B 3 [ HB] ( zuurconstante) [ ][ ] H B [ HB] Zo kunnen we voorgaande reactievergelijking eenvoudiger schrijven: HB H B -

9 $$ Oplossen van een base in water, geeft de vergelijking: B - H O HB OH - We kunnen hiervoor de uitdrukking van de evenwichtsconstante C schrijven: [ ][ ] HB OH c c 55, 5 [ B ][ H O] [ ][ ] HB OH [ ] B ( baseconstante) b

10 $$ De eigendissociatie van water: H O (zuur) H O (base) H 3 O OH - We kunnen hiervoor de uitdrukking van de evenwichtsconstante C schrijven: [ ][ ] [ ][ ] H OH H 3O OH c c 55,5 74 [ H O][ H O] [ H O] 10 15, (uit tabel) w z [ ] [ ] 14 H 10 OH b z, water b, water 55,5 M ionenproduct: het mathematisch product van de concentraties van de gevormde ionen na dissociatie Voor een willekeurig geconjugeerd zuur-base systeem: [ ][ ] [ ][ ] H B HB OH [ ] [ ] HB B [ ] [ ] 14 H OH 10 w

11 $$ H 3 O H H O 55, 5 z x b 10 15, H O H OH z 10 15,74 x b 55, 5 HB H B - x z b Hoe sterker het zuur HB (of hoe groter z ) des te zwakker de geconjugeerde base B - Hoe sterker de base B - (of hoe kleiner z ) des te zwakker het geconjugeerde zuur HB

12 % % $ %! het begrip: zuurtegraad of ph het negatief natuurlijk logaritme van de H -concentratie (mol/l) [ ] [ ] ph log H en naar analogie poh log OH Op dezelfde manier bekomen we ook: p z log z pb log b p w log w

13 % % $ %! sterk zuur en/of hoge concentratie zwak zuur en/of lage concentratie zwakke base en/of lage concentratie sterke base en/of hoge concentratie toevoegen van ZUUR toevoegen van BASE NEUTRAAL H O

14 % % $ %! 10-15,74 55,5 B 15,74 p B -1,74 zeer sterke zuren met zeer zwakke geconjugeerde base sterkere zuren met zwakkere geconjugeerde base zwakkere zuren met sterkere geconjugeerde base zeer zwakke zuren met zeer sterke geconjugeerde base p HB -1,74 15,74 55,5 HB 10-15,74

15 % % $ %!

16 % % $ %! &

17 % % $ ' & #!

18 % % $ 17-4 Strong Acids and Bases sterk zuur vs. zwak zuur Enkele sterke zuren en basen HCl CH 3 CO H

19 % % $! Oplossen van een zuur in H O Oplossen van een base in H O Oplossen van zuur-base systemen???? H O is protonenacceptor H O is protonendonor Het zuur van een eerste zuur-base systeem reageert met de base van een tweede zuur-base systeem in die richting waarbij het sterkere zuur en de sterkere base zich omzetten tot een zwakker zuur en een zwakkere base [ ][ ] H B HB 1 H B HB 1 HB [ ] 1 [ ][ ] H B HB H B - HB HB 1 B - HB B 1 - [ ] HB ev. HB HB 1

20 ( Sommige zuren bevatten meerdere afsplitsbare waterstofatomen. H CO 3 H HCO 3 - Z1 10-6,4 HCO 3 - H CO 3 - Z 10-10,4 ZUUR BASE Meestal gaat het reeds om zwakke zuren, waarbij het evenwicht vooral naar links ligt. Het afsplitsen van een de H zal nog moeilijker zijn Z < Z1 HCO 3- amfoteer deeltje amfolyt Uitzondering : H SO 4 Bij niet al te hoge concentraties gedragen de twee waterstoffen zich sterk en dissociëren praktisch volledig.

21 ( Fosforzuur - triwaterstoffosfaat een driewaardig zuur H 3 PO 4 H O H 3 O H PO 4 - H PO 4- H O H 3 O HPO 4 - HPO 4 - H O H 3 O PO 4 3- z 7.1x10-3 z 6.3x10-8 z 4.x10-13

22 ( &

23 % ) NaCl Na Cl - het geconjugeerde zuur van sterke base NaOH het geconjugeerde base van sterk zuur HCl als zuur zwakker dan water als base zwakker dan water geen invloed op ph van de oplossing

24 % ) % * NH 4 Cl NH 4 Cl - een zwak zuur, maar toch sterker dan water NH 4 H NH 3 als base zwakker dan water geen invloed op ph z 10 9,4 >, water 10 15,74 z de ph van de oplossing wordt < 7 omwille van het zwak zure deeltje NH 4

25 % ) NaAc Na Ac - als zuur zwakker dan water geen invloed op ph als base sterker dan water Ac - H O OH - HAc b w z ,4 10 4,76 10 >, water 10 15,74 b de ph van de oplossing wordt > 7 omwille van het zwak basische deeltje Ac -

26 % ) % * NH 4 Ac NH 4 Ac - een zwak zuur, maar toch sterker dan water NH 4 H NH 3 als base sterker dan water Ac - H O OH - HAc 74 z >, water 10 15, z 10 9,4 b w z ,4 10 4,76 10 >, water 10 15,74 b de ph van de oplossing wordt tegelijkertijd bepaald door het zwak zure en het zwak basische deeltje het sterkere van de twee zal de ph > of < 7 brengen In dit geval is de zuurconstante van NH 4 gelijk aan de baseconstante van Ac -. De ph blijft dus precies op 7

27 % ) % * Z > B (het zwakke zuur is sterker zuur dan de zwakke base basisch) zuur deeltje haalt ph MEER naar beneden basisch deeltje haalt ph MINDER naar omhoog ph < 7 ph 7 Z < B (de zwakke base is sterker basisch dan het zwakke zuur zuur) zuur deeltje haalt ph MINDER naar beneden basisch deeltje haalt ph MEER naar omhoog ph 7 ph > 7

28 %! % & & Bij sterke zuren en basen, is de dissociatie nagenoeg volledig d.w.z. dat het evenwicht extreem ver naar rechts gelegen is HCl H Cl - [ ] H chcl ph log [ ] H ph logc HCl NaOH Na OH - [ ] OH cnaoh w c [ ] NaOH H [ H ] c w NaOH ph log c Z ph log w logc B ph 14 log c B!! Wanneer H / OH - worden afgesplitst: C z wordt.c z / C b wordt.c b

29 %! % & & &,,, Voor concentraties > 1 M zijn de formules niet meer geldig (oplossingen zijn pas voldoende verdund voor concentraties in de orde van 0,1 M of minder ) Voor concentraties < 10-6 M zijn de formules niet meer geldig, omdat vanaf dit moment rekening moet gehouden worden met de eigendissociatie van water (werd als verwaarloosbaar beschouwd) Hoe sterker de oplossingen verdund worden, hoe meer de ph evolueert naar ph 7 Deze beperkingen gelden ook voor de formules van zwakke zuren en basen

30 %! % & & -& ph 0,1 M 10-6 M log c b - log c z 1

31 %! % && HB H B - begin c evenwicht c 0 x x x x HB c0 x c 0 [ ] H [ ] H te verwaarlozen t.o.v. C 0 wegens zwak zuur, weining dissociatie [ H ] HB c [ H ] HB c0 0 ph 1 1 p Z log c Z

32 %! % && B - H O HB OH - begin c 0 overmaat - - evenwicht c 0 - x overmaat x x HB [ H ][ B ] [ HB] [ OH ] w 0 x [ B ] w [ OH ][ HB] c HB w ( c x) x 0 te verwaarlozen hydrolyse t.o.v. C 0 [ H ] w c 0 HB ph p Z log c B

33 % && - & ph 0,1 M 10-6 M 13 11,5 sterke base 7 zwakke base zwak zuur - log c b - log c z,5 1 sterk zuur

34 %! % && oplossen van p Z1 p Z H CO 3 HCO 3 - CO 3 - weinig H afgesplitst weinig H afgesplitst zeer weinig H afgesplitst zeer weinig H afgesplitst Wegens de heel lage z waarde van dit zuur, is de hoeveelheid waterstofionen dat nog extra vrijkomt bij de de dissociatie te verwaarlozen t.o.v. de hoeveelheid afkomstig van de 1 ste dissociatie. We mogen dus de formule voor een éénwaardig zwak zuur gebruiken mits gebruik van de juiste p z waarde (p z1 ) ph 1 1 p Z 1 log c Z

35 %! % && p Z1 p Z oplossen van H CO 3 HCO 3 - CO 3 - weinig H afgesplitst zeer weinig H opgenomen zeer weinig H afgesplitst weinig H opgenomen Naar analogie met de meerwaardige zwakke zuren mogen we dus de formule voor een éénwaardig zwakke base gebruiken mits gebruik van de juiste p z waarde (p Z ) ph p Z log c B

36 %! % p Z1 oplossen van p Z H CO 3 HCO 3 - CO 3 - weinig H afgesplitst weinig H opgenomen zeer weinig H afgesplitst weinig H afgesplitst De ph kan eenvoudig en vrij nauwkeurig berekend worden door uitmiddelen van de pz waarden die bepalend zijn voor de zure en basische kenmerken 1 ph p Z 1 p Z ( )

37 %! & STER ZUUR ph log c Z ZWA ZUUR ph 1 1 p Z log c Z AMFOLYT ph ( ) 1 p Z p Z 1 ZWAE BASE ph p Z log c B STERE BASE ph 14 log c B