3, 8 og 9. Puffersystem, polyhydrone syrer og syre-basereaktioner og syrestyrke Flashcards
Syre
Et molekyle eller en ion, der kan afgive en hydron/proton
Base
Et molekyle eller en ion, der kan optage en hydron/proton
Korresponderende syre-basepar
Når en syre afgiver en hydron bliver den til sin korresponderende base og omvendt
Syre-basereaktioner
en hydron overføres fra en syre til en base. Der sprænges en kovalent binding og dannes en ny kovalent binding
Andre navne for syre-basereaktion:
Hydronoverførsel (kaldes også hydronolyse)
Ligevægt (hvilken pil bruges hvis en ligevægt ligger meget til en side og hvor hurtigt vil en ligevægt i en syre-basereaktion indstille sig)
Hvis ligevægten ligger meget langt til en side benyttes bare en enkeltpil, –>, frem for en dobbeltpil
Uanset hvad vil ligevægten indstille sig lynhurtigt i en syre-basereaktion, hvis ellers det foregår i en vandig opløsning
Puffersystem
En opløsning af en svag syre og dens korresponderende svage base kaldes et puffersystem, forudsat både syren og basen findes i opløsningen i ret store koncentrationer
Funktion af puffersystem
Et puffersystem har puffervirkning, dvs. det ”dæmper” pH-ændringen ved tilsætning af stærk syre eller stærk base –> puffersystemet fastlægger opløsningens pH
Pufferligningen (helt standard)
En formel til beregning af pH for en opløsning, der indeholder et puffersystem:
pH = pKs + log [B]/[S]
Pufferligningen (hvorfor kan man bruge stofmængdekoncentrationerne)
Forholdet mellem de aktuelle stofmængdekoncentrationer af det korresponderende syre-basepar er lig med forholdet mellem stofmængderne af det korresponderende syre-basepar. Derfor kan følgende omskrivning laves:
pH = pKs + log(n_b/n_s)
Hvorfor kan man bruge de formelle stofmængdekoncentrationer?
Mht. brug af pufferligningen kan vi tillade os at bruge formelle stofmængdekoncentrationer i stedet for aktuelle stofmængdekoncentrationer, hvis både syren og basen findes i opløsningen i ret store koncentrationer (f.eks. 0,1 M) –> det giver en lille fejl i resultatet, men den er uden betydning hvis syren og basen er svage
Pufferkapacitet
Jo mindre pH-ændring en given mængde stærk syre eller stærk base kan fremkalde i en pufferopløsning, desto større er opløsningens såkaldte pufferkapacitet –> jo større [B] og [S] er, desto større er pufferkapaciteten
Pufferområde
Et puffersystem anvendes ofte kun i pH-området fra (pKs – 1) til (pKs + 1) –> dette pH-interval kaldes pufferområdet, og uden for dette område har syre-baseparret. Ikke nævneværdig puffervirkning
Symmetrisk puffer
I en given pufferopløsning er pufferkapaciteten størst for [B] = [S], dvs. når pH er lig med syrens pKs-værdi
Dette kaldes en symmetrisk puffer
Ikke-symmetrisk puffer
En ikke-symmetrisk puffer er en pufferopløsning hvor [B] og [S] ikke er lig hinanden
Eksempler:
Hvis f.eks. der er meget mere syre end der er base i opløsningen, vil man se at pH-værdien falder mere ved syretilsætning end hvis vi havde med en symmetrisk puffer at gøre. Det skyldes der ikke er meget base til at reagere med syren. I den her opløsning ville puffervirkningen tilgengæld fungere fint ved tilsætning af base, da der er rigeligt syre til at have en puffervirkning
Omvendt hvis der er mere base end der er syre i opløsningen vil man se at pH-værdien falder mere ved basetilsætning end hvis vi havde med en symmetrisk puffer at gøre
Syrebrøk
Angiver den brøkdel af syre-baseparret, som foreligger på syreformen
x_s = ([S])/([S]+[B])
Basebrøk
Angiver den brøkdel af syrebaseparret, som foreligger på baseformen
x_b = ([B])/([S]+[B])
Summen af syrebrøk og basebrøk
Summen af de to brøker er naturligvis lig med 1:
x_s + x_b = 1
Bjerrumdiagram (sammenhæng mellem syrebrøk og pH)
Hvilken formel benyttes?
pH = pKs + log (1-x_s)/x_s
Her er 1 - x_s = x_b
Hvordan afbildes sammenhængen mellem syrebrøk og pH for et syre-basepar?
I et bjerrumdiagram (se bog eller google for at se)
Heri kan man aflæse hvor mange procent der forekommer på syreform og hvor mange procent der forekommer på baseform ved en given pH-værdi i en pufferopløsning
Bjerrumdiagram (hvad er ud af x-aksen og hvad er ud af y-aksen)
Ud af x-aksen har vi pH og ud af y-aksen har vi syrebrøken
Bjerrumdiagram (hvad siger kurvens midtpunkt noget om)
Kurvens midtpunkt (altså der hvor vi har 50% på syreform og 50% på baseform) er lig med pKs for den syre der indgår i puffersystemet. Dvs. ved pH = pKs er stofmængdekoncentrationerne af syreformen og baseformen lige store
Bjerrumdiagram (i hvilket område ses omdannelsen af syre og base i diagrammet)
Der hvor omdannelsen af syre til base forekommer i diagrammet (altså der hvor den røde streg er) er i pH-området fra (pKs – 1) til (pKs + 1), hvilket kaldes pufferområdet
Syre/base-titrering
Syrer og baser i ækvivalente mængder neutraliserer hinanden, så hvis man f.eks. har en syreholdig prøve, kan man tilsætte en base som vides at reagere i et bestemt forhold med denne syre. Ved at tilsætte en pH-indikator eller benytte et pH-meter kan man følge blandingens pH: Når alle hydronerne i prøven har reageret med den tilsatte base (altså der er nået et ækvivalenspunkt), kan man ud fra antallet af tilsatte basemolekyler beregne, hvor mange syremolekyler der var i prøven
Titreringskurve (hvad har man ud af x-aksen og y-aksen, hvad er hhv. kolorimetrisk og potentiometrisk titrering)
Man har titreringsvolumen (typisk i mL) ud af x-aksen og pH ud af y-aksen
En titrering kaldes kolorimetrisk, hvis ækvivalenspunktet angives med et farveskifte (ved brug af indikator)
En titrering kaldes potentiometrisk, hvis ækvivalenspunktet findes vha. et måle opløsningens pH under titreringen med et pH-meter
Titrering af stærk syre med stærk base
Her vil det typisk være sådan, at 1 mol stærk syre er ækvivalent med 1 mol stærk base –> ved ækvivalente mængder får man således en neutral opløsning, og denne reaktion af blanding af en stærk syre med en stærk base kaldes således en neutralisationsreaktion
pH = pKs i ækvivalenspunktet
Titrering af svag syre med stærk base
Ved titrering med en svag syre er pH = pKs, når halvdelen af den ækvivalente mængde af den stærke base er tilsat (dette kaldes også halv-ækvivalenspunktet)
se noter for billede af halv-ækvivalenspunktet
Mere info:
Jo svagere syre vi titrerer, desto større pKs, og desto mindre bliver pH-springet
Man kan altså vanskeligt bestemme koncentrationen af en meget svag syre ved en syre-basetitrering
Titrering af polyhydrone syrer:
Dihydrone syrer er stoffer der kan afgive to hydroner, og de vil dermed have to pKs-værdier (pKs1 og pKs2) samt to ækvivalenspunkter (1. og 2. ækvivalenspunkt) –> dette kan naturligvis se afbildet på titrerkurven
Ækvivalenspunkt
Det tidspunkt i en titrering, hvor mængden af titrator er ækvivalent (lig) med stofmængden af det stof, der titreres på (titranden)
Amfolyt
Et stof (f.eks. vand) der kan optræde som både syre og base
pH i amfolytopløsninger
En amfolyt betragtes i denne sammenhæng som en meget svag syre eller en meget svag base
Følgende formel kan med god tilnærmelse benyttes:
pH = 1/2 * {pKs(S) + pKs(Amf)}
Ifølge formlen skulle pH være uafhængig af amfolyttens stofmængdekoncentration i opløsningen, og der er derfor tale om en tilnærmet formel, som kun giver rimelige beregningsresultater, hvis amfolyttens stofmængdekoncentration er ret stor
Syrestyrkekonstant
Syrens styrke defineres ud fra syrens reaktion med vand:
([B] * [H3O+])/([S]) = Ks
En syre med en meget lille Ks-værdi reagerer næsten ikke med vand
Syrestyrkeeksponent
Minus titalslogaritmen til talværdien af styrkekonstanten:
pKs = -logKs
Basestyrkekonstant og basestyrkeeksponent
([OH-] * [S])/([B]) = Kb
pKb = -logKb
Autohydronolyse (i relation til vand)
en hydronolyse er en syre-basereaktion, og vands autohydronolyse er når vand reagerer med vand i form af en hydronoverførsel
Vands ionprodukt
produktet af ionerne der optræder i vand [H3O+] * [OH-]
Da vand er en amfolyt kan den reagere i en hydronolyse-reaktion med sig selv (vands autohydronolyse):
H2O(l) + H2O (l) ⇌ OH-(aq) + H3O+(aq)
Ligevægten indstiller sig både i rent vand og i vandige opløsninger, og ligevægten er meget venstreforskudt. Det er således meget lidt hydroxid og oxonium der dannes
Ligevægtsloven
[H3O+] * [OH-] = Kv
Vands stofmængdebrøk er sat til 1 som man ALTID gør, men hvis det skulle være helt rigtigt ser formlen således ud:
([H3O+] * [OH-])/([H2O] * [H2O]) = Kv
Ovenstående udtryk gælder kun i fortyndede vandige opløsninger og i rent vand
Kv (hvad er det)
vands ionprodukt
pH-værdi
en opløsnings surhedsgrad, defineret ved minus titalslogaritmen til talværdien af den aktuelle stofmængdekoncentration af H3O+ (oxonium)
pH = -log([H3O+]/M)
(praktisk skriver man ikke M, det er blot for at få en ren talværdi)
Hvis man kender pH-værdien kan man udregne koncentrationen af oxonium således [H3O+] = 10^(-pH) M
pH-skalaen (hvilket interval er den i)
pH-skalaen går fra lidt under 0 til lidt over 14 (husk surhedsgrad vokser når pH bliver mindre)
Hvilken ion er dominerende af H3O+ og OH- i en sur opløsning?
H3O+ er den dominerende af de to ioner i en sur opløsning
Hvilken ion er dominerende af H3O+ og OH- i en basisk opløsning?
OH- er den dominerende af de to ioner i en basisk opløsning
pOH (hvordan ser formlen ud, hvad er sammenhængen mellem pH og pOH og hvilken talværdi giver summen af de to)
pOH = -log[OH-]
pH + pOH = pKv
pH + pOH = 14,00 ved 25℃
Sure, neutrale eller basiske vandige opløsninger:
Hvornår er en vandig opløsning sur?
[H3O+] > [OH-] –> sur, pH < 7
Sure, neutrale eller basiske vandige opløsninger:
Hvornår er en vandig opløsning neutral?
[H3O+] = [OH-] –> neutral, pH = 7
Sure, neutrale eller basiske vandige opløsninger:
Hvornår er en vandig opløsning basisk?
[H3O+] < [OH-] –> basisk, pH > 7
