Acids and bases

1
Acids and bases

• Eller syror och baser

2
Starka syror och baser

• I A-kursen studerades i huvudsak starka syror och
  baser
• Starka syror är sådana som fullständigt
  protolyseras, dvs. där alla syra-partiklar avger
  protoner (eller vätejoner). Detta ger jämvikter
  starkt förskjutna åt höger.
• I detta kapitel kommer vi titta, i huvudsak spå
  svaga syror och baser.
• Vi kan nu använda jämviktsekvationen för att
  gradera dess styrka. ( i det senaste kapitlet
  behandlade vi uteslutande gasjämvikter, men
  jämviktsekvationen kan även användas på vätskor)

3
Ättiksyra

• Eller etansyra, som är det systematiska namnet
  har formeln CH3COOH. Då det blir mycket att
  skriva använder man ofta en kortformel för
  ättiksyra, HAc, där H är den bekanta vätejonen
  och Ac- kallas acetatjon.
• Ättiksyra är, likt de flesta organiska syror, en
  svag syra.
• Protolysreaktionen kan skrivas
  HAc H2O ? H3O Ac-.

4
Jämviktsekvationen

• Blir
• I utspädda syralösningar har H2O i princip
  samma värde som rent vatten. (Hur beräknar man
  koncentrationen vatten i vatten?)
• Vi kan anta att vatten får detta värde i alla
  utspädda lösningar och vi kan förenkla
  jämviktsuttrycket

5
Syrans protolyskonstant, Ka

• som blir
• a kommer från engelskans acid. Ka kallas syrans
  protolyskonstant eller kortare, syrakonstanten.
• Ju mindre mätetal Ka har, ju svagare syra.
• I tabellen på s. 56 anges, förutom Ka, för några
  syror och pKa. pKa definieras analogt med pH.
• pKa - log Ka och Ka 10-pKa mol/dm3

6
Amfolyten vatten

• Vatten är en amfolyt. Dvs. den kan fungera både
  som syra och bas.
• Detta gör att i en vattenlösning ställer
  jämvikten in sig
• H2O H2O ? H3O OH-

7
Vattnets jonprodukt

• Jämviktskvoten blir
• Men eftersom H2O är konstant (vi visade det
  förra gången) kan vi skriva
• Där Kw är en ny konstant, vattnets
  protolyskonstant, eller vattnets jonprodukt.

8

• Vid 25 C är Kw 1,0 x 10-14 (mol x dm-3)
• Kw ökar med stigande temperatur. Reaktionen H2O
  H2O ? H3O OH- är alltså endoterm.
• Vid en given temperatur kommer alltså produkten
• Ha ett konstant värde. Om H3O halveras kommer
  OH- dubblas

9
Log

• På samma sätt som vi bildat pH och pKa, kan vi
  skapa pKw.
• pKw -log Kw och Kw 10-pKw
• Vi kan också skapa pOH,
• pOH -log OH- och OH- 10-pOH
• Med jhälp av dessa uttryck kan vi skriva vattnets
  jonprodukt Kw H3O x OH- som 10-Kw 10-pH
  x 10-pOH , vilket kan förenklas till 10-Kw
  10-pH pOH
• Det ger pKw pH pOH

10

• Eftersom Kw 1,0 x 10-14 (mol x dm-3), Vid 25
  C
• Borde pKw vara log 1,0 x 10-14
• Alltså 14.
• Så vid 25 C kommer pH pOH 14

11
Baskonstanten Kb

• Kan vi bilda för svaga baser, så samma sätt som
  vi bildade syrakonstanten.
• Ammoniak protolyseras i vatten enl
• NH3 H2O ? NH4 OH-
• Jämvikten blir

12

• Men eftersom koncentrationen vatten i vatten är
  konstant, kan vi lyfta ut H2O och baka in den i
  K, så skapar vi Kb.
• Istället för Kb kan man ange pKb.
• pKb -log Kb

13
Syra-bas-par

• I tabellen på sidan 56 är syror listade i den
  vänstra spalten och i den högra listats baser.
  Ser ni något samband mellan en syra och en bas på
  samma rad?
• Om syran längst ner i tabellen(som har ett lågt
  Ka värde och därmer är en mycket svag syra)
  protolyseras. Vad bilas?
• Jo, basen på samma rad i den högra kolumnen. Den
  korresponderande basen till en svag syra är
  relativt stark. (ett hägt värde på Kb)

14

• För svaga syror och baser är protolysreaktionen
  reversibel.
• För ammoniak gäller
  NH3 H2O ? NH4 OH-, där Kb blir
• När jämvikt råder finns produkten NH4, som ju är
  en syra, i lösning. Då gäller samtidigt att

15

• Om vi multiplicerar uttrycken för Ka(NH4) och
  Kb(NH3) får vi
• Efter förenkling får vi H3O x OH-
• Det uttrycket känner vi igen va?

16

• Ja det är ju Kw.
• Alltså Ka x Kb Kw
• Eller pKa pKb pKw

17
Joners protolys

• Vad får en vattenlösning av natriumklorid för pH?
• Vad får en vattenlösning av natriumacetat (NaAc)
  för pH?
• Ja, den övre reaktionen ger en neutral lösning,
  men den undre kommer får en basisk reaktion.
• Varför?

18

• Jo, kloridjonen är den korresponderade basen till
  HCl. Då HCl är en mycket stark syra måste Cl-
  vara en mycket svag bas, annars skulle den ju
  inte låta protolyseras fullständigt.
• Acetatjonen är korresponderande bas till den
  relativt svaga syran HAc. Ac- måste alltså har
  starkare baskaraktär än Cl- . Ac- är så stark bas
  att den kan ta protoner från vattenmolekylen

19

• Det finns fler exempel på alkalisalter av svaga
  syror som får basisk reaktion.
• Na2CO3 (natriumkarbonat) är ett exempel.
• Karbonatjonen finns ju i kolsyra (H2CO3) som är
  en svag syra. Då bör karbonatjonen ha goda
  basegenskaper.

20
Joner kan även vara syror

• Ammoniumklorid (salmiak) har svagt sur reaktion.
  Ammoniumjonen, NH4, är en svag syra

21
Hydratiserade metalljoner

• En vattenlösning av aluminiumklorid, AlCl3 har
  sur reaktion.
• I vattenlösning binder varje aluminiumjon 6 st
  vattenmolekyler.
• Al(H2O)63 protolyseras enl. följande
• Al(H2O)63 H2O ? Al(OH)(H2O)52 H3O
• Fler två- och trevärda metalljoner som
  hydratiserats fungerar som syror.
• Envärda hydratiserade metalljoner är däremot så
  svaga svaga att man kan bortse från deras
  protolys.

22
Joner som amfolyter

• Det finns syror som protolyseras i flera steg, ex
  H2CO3.
• Efter det första protolyssteget får vi HCO3- .
  Vätekarbonatjonen kan antigen vidare avge nästa
  proton eller ta tillbaka den förra. Den kan
  alltså fungera både som bas och syra och är likt
  vatten, en amfolyt.

23
Neutralisation

• Får en lite vidare betydelse nu än förut
• Neutraliserar man ekvivalenta mängder av en stark
  syra med en stark bas kommer vi får en neutral
  lösning.
• Men använder vi däremot en svag syra och en stark
  bas får vi vatten och ett salt där den svaga
  syrans korresponderande bas ingår. I
  vattenlösning är salterna oftast lättlösliga.
  Därmed har vi den svaga syrans korresponderande
  bas i vattenlösningen. En svag syras
  korresponderande bas är oftast en tillräckligt
  stark bas för att kunna ta H från
  vattenmolekylen och reaktionen blir, trotts
  neutralisationen av ekvivalenta mängder syra
  bas, ändå basisk.

24
Syra - bastitrering

• När ni i A-kursen titrerade använde ni en stark
  bas som titrator, för att bestämma halten stark
  syra i ett prov.
• När man tillsatt ekvivalent mängd bas kommer syra
  neutraliserats och pH7. Detta mätte ni med en
  indikator som har färgomslag i närheten av pH 7.
  Jag tror ni använde BTB som har färtgomslag
  mellan pH 6 pH 7,6.

25
Titrerkurva

• Ni tillsatte titrator tills ni fick färgomsalg
  och utgick sedan från mängden tillsatt bas för at
  beräkna substansmängden syra.
• Man kan under hela försöket, med jämna mellanrum
  mäta pH vid en viss mängd tillsatt titrator. Då
  kan man avsätta pH mot mängd tillsatt
  titatorlösning i ett diagram. Då får man en sk.
  titrerkurva. Se s. 68

26
Titrering av en svag syra

• Om man ska titrera en svag syra med en starkare
  bas, måste man fundera över vilka joner man får i
  lösningen efter neutralisationen, när ekvivalenta
  mängder syra bas är tillsatta. Vi har ju sett
  innan ann neutralisation av en svag syra inte
  alltid ger en lösning med pH7. (ättiksyra tex)
• Vad berodde det på?

27

• Om vi titrerar 50 cm3, 0,1 mol/dm3 ättiksyra med
  50 cm3, 0,1 mol/dm3 NaOH, kommer vi få en
  natriumacetatlösning med en koncentration på 0,05
  mol/dm3 (volymen är ju nu dubbelt så stor).
• I exempel 4.6 på s 63 har en 0,05mol/dm3
  ättiksyralösning ett pH8,7.
• Vi ekvivalenspunkten kommer vi alltså ha pH8,7.
  Då måste vi se till att välja en indikator som
  har färgomslag i närheten. Den enda av de vanligt
  förekommande är Fenolftalein, som har färgomslag
  mellan 8,3 och 9.8

28
Halvtitrerpunkten

• När hälften av syran har neutraliserats är HAc
  Ac-. När jämvikt råder mellan HAc och Ac- kan
  vi avläsa Ka (HAc) som är 1,8 x 10-5 som ger pKa
  4,7 som ju blir pH (för vid jämvikten HAc
  Ac- finns också lika många H3O)
• Här är kurvan som flackast. Det innebär att pH
  inte ändras märkbart vid tillsats av mer bas. Här
  ligger ett sk. buffertområde.

29
Buffertlösningar

• Buffertlösningar är lösningar som kan ta emot
  syror och baser utan att det blir stora pH
  ändringar. Det beror på att buffertlösningar
  innehåller både en savg syra och en svag bas i
  relativt höga koncentrationer. Syran och basen
  utgörs ofta av ett syra baspar, ex HAc Ac-.
  Den svaga syran tar hand om tillsatt bas och den
  svaga basen tar hand om tillsatt syra.
• Syrabasparet HAc Ac- har störst buffertverkan
  när HAc Ac-

30
(No Transcript)