Acidobazické děje – maturitní otázka z chemie

 

   Otázka: Acidobazické děje

   Předmět: Chemie

   Přidal(a): Žaneta

 

 

Teorie kyselin a zásad:

Arrhemiova teorie (1887)

Kyseliny jsou látky, které odštěpují ve vodném roztoku proton vodíku H+

HA -> H+ + A-

 

Zásady jsou látky, které ve vodném roztoku odštěpují OH-

BOH -> B+ +OH-

• nevysvětluje otázky kyselosti a zásaditosti v nevodném prostředí
• některé látky jsou zásady, i když neodštěpují OH- ionty (roztok Na₂CO₃ nebo K₂S)

 

Brönstedova teorie (1923)

dnes užívaná

Kyseliny jsou látky, které jsou schopny odštěpovat proton (jsou donorem protonů)

Zásady jsou látky, které jsou schopny protony přijímat (jsou akceptory protonů)

• Některé látky se mohou chovat jako kyseliny i zásady – jsou amfoterní. (HSO₄^–, HCO₃^–, H₂O)

 

Kyseliny a zásady = protolyty

Protoyitické děje: látky si vyměňují proton H+

Acidobazické děje: přenos protonu

Konjugovaný pár: dvojce částic, která se liší o jeden proton. Tvoří jej kyselina a její konjugovaná zásada.

Kyselina	Zásada
H2O	OH–
H3O+	H2O
HS–	S-2
NH4+	NH3

Elektrolytická disociace:

štěpení látek ve vodném roztoku na ionty

u sloučenin s iontovou a polární vazbou

disociační stupeň a:

a =	počet disociovaných molekul
	počet všech molekul v roztoku

elektrolyt obsahuje ionty – vede elektrický proud

 

Rozdělení elektrolytů:

Silné elektrolyty:

• téměř úplně disociovány a = 1 (téměř)
• Př.: HCl, H₂SO₄, NaOH, KOH, HClO₃, NaCl… soli silných kyselin K, Na Ca…

 

Slabé elektrolyty:

• < 0,1

–     Př.: H₂CO₃, H₂SO₃, H₂S, HCN, NH₄OH, (NH₄)₂CO₃

Kyselost látek posuzujeme jako schopnost odštěpit proton

Sílu zásad posuzujeme jako schopnost přijmout proton

 

Disociační konstanta kyselin

• slouží k tomu, aby nám upřesnila sálu kyselin
• porovnáváme acidobazické vlastnosti roztoku
• vycházíme z rovnovážné konstanty:

K= [ H₃O⁺] x [Cl^–]

[HCl] x [ H₂O]

• voda je ve zředěném roztoku v nadbytku, její koncentrace se nemění, můžeme ji přiřadit k rovnovážné konstantě, vznikne konstanta disociační.

K_{[ H2O]}= [ H₃O⁺] x [Cl^–]

[HCl]

K_K – konstanta kyselosti

Silné kyseliny:

K_K > 10 ^–2 (H₂SO₄, HNO₃, HClO₄)

Slabé kyseliny

10 ^–2 < K_K > 10^-9 (CH₃COOH, HCOOH, HNO₂, H₂CO₃, H₃PO₄)

Velmi slabé kyseliny

K_K < 10^-9 (HClO, H₃PO₃, H₃BO₃)

Kyselost kyselin:

H_n = O_n vyrovnán počet kyslíků a vodíků Þ slabá kyselina

H_n = O_n+1 Þ silnější kyseliny

H_n = O_n+3 Þnejsilnější kyseliny

Hodnoty K_K a K_Z jsou malé čísla, proto se převádí pomocí dekadických logaritmů – log se základem 10 (pK_K = – log K_K)

Autoprotolýza vody:

• čistá voda vede elektrický proud
• je elektrolytem – obsahuje ionty

autoprotolýza vody

• Kv = K_{(H2O x H2O)}– iontový součin vody

Kv = [ H₃O⁺] x [ OH^–]

• V 1 l vody je přítomno (t= 25°C) 10^-7 molu H₃O⁺a OH^–
• Hodnota Kv = 10^-7 x 10^-7 = 10^-14 mol/dm³
• Podle hodnot koncentrací H₃O⁺ a OH^– rozlišujeme:

 

Roztoky kyselé

[ H₃O⁺] > [ OH^–]

[ H₃O⁺] < 10^-7

 

Roztoky zásadité

[ H₃O⁺] < [ OH^–]

[ H₃O⁺] > 10^-7

 

Roztoky neutrální

[ H₃O⁺] = [ OH^–]

[ H₃O⁺] = 10^-7

pH:

1919 vynalezl Sörensen

pH = – log [ H₃O⁺]

pOH = – log [ OH^–]

p – záporný dekadický logaritmus

 

Acidobazické indikátory:

• určují kyselost, nebo zásaditost látek
• fenolftalejn, methyl oranž, methyl červeň, lakmus, univerzální indikátorový papír

 

Výpočet pH:

Jaké je pH 0,001M HCl

pH = – log [ H₃O⁺]

[ H₃O⁺] = 0,001mol/dm³

Þ pH = 3

U vícesytných kyselin se koncentrace násobí sytností, stejně platí i u hydroxydů (z 1 mol H₂SO₄ vzniknou disociací 2 moly H₃O⁺)

 

ROZTOKY …  .

• homogenní směs (přesněji homogenní disperzní soustava) dvou nebo více chemicky čistých látek
• : disperzní soustava = směs, která obsahuje jednu látku tvořící základ soustavy (tzv. disperzní prostředí) a další látky (tzv. dispergované podíly), které jsou v ní rozptýleny (dispergovány)

 

Disperzní soustava	Velikost dispergovaných částic	Vlastnosti
Homogenní(analytická; stejnorodá)	menší než 10–9 m (nelze pozorovat optickým mikroskopem)	ve všech svých částech stejné

 

• složení: látka rozpuštěná (dispergovaný podíl)

rozpouštědlo (disperzní prostředí)  látka, která je v roztoku v nadbytku (nejčastěji voda, organická rozpouštědla)

 

• dělení roztoků:

î podle skupenství

1. pevné (např. slitiny kovů, sklo, …)
2. kapalné (např. sůl ve vodě, minerální voda, slivovice, …)
3. plynné (např. vzduch, …)

 

î podle povahy rozpuštěné látky

1. roztoky neelektrolytů

• vznikají rozpouštěním látky s málo polárními nebo nepolárními molekulami – tyto molekuly se rozptýlí mezi částice rozpouštědla a dál se s nimi nic neděje
• např. rozpouštění sacharosy ve vodě

 

1. roztoky elektrolytů

• vznikají rozpouštěním látky s iontovou strukturou v polárních rozpouštědlech (voda) – jednotlivé ionty jsou z látky postupně uvolňovány a obalovány částicemi vody (hydratace) î vznik hydratovaných iontů
• jsou volně pohyblivé î roztoky elektrolytů vedou elektrický proud

 

1. roztoky potenciálních elektrolytů

• vznikají tak, že rozpouštěná látka reaguje s některými molekulami rozpouštědla î mezi zbytek rozpouštědla se rozptýlí až produkty této reakce
• např. „rozpouštění“ plynného chlorovodíku ve vodě

 

• složení roztoků:

1. neomezeně mísitelné látky

• vytvářejí homogenní směs bez ohledu na to, v jakém poměru je mísíme
• např. ethanol + voda

 

1. omezeně mísitelné látky

• vytvářejí homogenní směs jen v určitém poměru
• např. voda + sůl

 

• nenasycený roztok
• takový roztok, v němž se za daných podmínek látka rozpouštěná v příslušném rozpouštědle stále rozpouští

 

• nasycený roztok
• takový roztok, v němž se za daných podmínek látka rozpouštěná v daném rozpouštědle přestane rozpouštět

 

• přesycený roztok
• takový roztok, v němž se za daných podmínek látka rozpouštěná v daném rozpouštědle dále nerozpouští î nachází se v něm nerozpuštěná

 

1. nemísitelné látky

• vzájemně nerozpustné látky î netvoří homogenní disperzní soustavu
• např. olej + voda

 

KONCENTRACE ROZTOKŮ

HMOTNOSTNÍ ZLOMEK  (hmotnostní podíl) … w

• udává podíl rozpuštěné látky ve 100 groztoku
• je roven podílu hmotnosti rozpuštěné látky (X) v roztoku a celkové hmotnosti roztoku

 

w_X … hmotnostní zlomek látky X

m_r … hmotnost rozpouštědla

m_X … hmotnost látky X

m_R … celková hmotnost roztoku

 

• nabývá hodnot od (0; 1)
• běžně se vyjadřuje hmotnostním procentem î vynásobíme hmotnostní zlomek 100 %
• součet hmotnostních zlomků všech látek obsažených ve směsi (tzn. rozpuštěné látky + rozpouštědlo) = 1
• pro určitou složku molekuly A_xB_y platí:

 

• nezávisí na teplotě

 

OBJEMOVÝ ZLOMEK  (objemový podíl) … φ

• je roven podílu objemu rozpuštěné látky (X) v roztoku a celkovému objemu roztoku

 

!!! V_R ≠ V_X + V_r

Příčina: při smíchání dvou (více) látek dojde následkem pronikaní jednoho typu molekul mezi druhého k objemové kontrakci

 

φ

 

_X … objemový zlomek látky X

V_r … objem rozpouštědla

V_X … objem látky X

V_R … celkový objem roztoku

 

• nabývá hodnot od (0; 1)
• běžně se vyjadřuje objemovým procentem î vynásobíme objemový zlomek 100 %
• závisí na teplotě

 

MOLÁRNÍ KONCENTRACE  … c

• je rovna podílu látkového množství látky obsažené v roztoku a celkového objemu roztoku î je rovna počtu molů určité látky rozpuštěné v 1 dm³ roztoku

 

C_X … molární koncentrace látky X

n_X … látkové množství látky X

V_X … objem látky X

m_X … hmotnost látky X

M_X … molární objem látky X

• jednotka: mol . dm^–3
• závisí na teplotě

 

Změny ve složení ROZTOKŮ

SMĚŠOVACÍ ROVNICE

• vychází ze zákona zachování hmotnosti látky & ze zachování celkové hmotnosti roztoků

 

m₁ + m₂ = m₃                                                                  m_R1 + m_R2 = m_R3

 

m₁ = w₁.m_R1

m₂ = w₂.m_R2         w₁.m_R1 + w₂.m_R2 = w₃.m_R3

m₃ = w₃.m_R3         w₁.m_R1 + w₂.m_R2 = w₃.(m_R1 + m_R2)

 

• vychází ze zákona zachování hmotnosti látky & ze zachování celkové hmotnosti roztoků
• platí i pro látková množství: n₁ + n₂ = n₃ î V₁.C₁ + V₂.C₂ = V₃.C₃

 

KŘÍŽOVÉ PRAVIDLO

• jiný zápis směšovací rovnice

 

w₁ > w₂

 

c₁ > c₂

 

!!! POZNÁMKA !!!

 

• Ředění Õ do roztoku přiléváme čisté rozpouštědlo, jehož w₂ = 0

î směšovací rovnice se zjednoduší na tvar:  w₁.m_R1 = w₃.(m_R1 + m_R2)

 

• Koncentrace Õ do roztoku přiléváme čisté látku, jejíž w₂ = 1

î směšovací rovnice se zjednoduší na tvar:  w₁.m_R1 + m_R2 = w₃.(m_R1 + m_R2)

• m_R2 v tomto případě odpovídá čisté hmotnosti přidávané látky … m₁