Syra-basjämvikter. (Kap. 16.1 - 5)
Endast vattenlösningar i denna kurs.
Definitioner (16.1)
Syra (enl. Brönsted & Lowry): Protongivare.
HA(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + A−(aq) (Protolysreaktion)
H3O+ = oxoniumjon
Bas: Protontagare. (H2O är bas i reaktionen ovan.)
B(aq) + H2O(l) ⇄ BH+(aq) + OH−(aq)
OH−(aq) = hydroxidjon
Konjugerade syra-bas-par: Jonen A− kan uppträda som en konjugerad
(korresponderande, motsvarande) bas till syran HA:
A−(aq) + H2O(l) ⇄ HA(aq) + OH−(aq).
Vatten uppträder som bas i reaktion med syra.
Vatten uppträder som syra i reaktion med bas. Vatten är amfolyt.
Två konjugerade syra-baspar i varje reaktion
Starka och svaga syror och baser. (16.2)
Starka syror resp. baser: Reaktionerna sker fullständigt åt höger (→
→).
Ex. Svavelsyra (H2SO4), saltsyra (HCl), salpetersyra (HNO3),
(se tab. 16.1). ”Lösa” H som binder till elektroneg. ämne (vanl. O).
Natriumhydroxid (NaOH). Den (här) enda riktigt starka basen.
Svaga syror resp. baser: Ofullst. reaktion, jämviktskonstant << 1. (→
→
blir ⇄). Se Självtest 16.3 och Tabell 16.5.
Ex. Fosforsyra (H3PO4), ättiksyra (= etansyra = CH3COOH) m.fl.
organiska syror.
Ammoniak (NH3), organiska aminer.
I konjugerade syra-baspar motsvaras en starkare syra av en svagare
bas.
Exempelvis är NO3− en mycket svag bas.
Svag syra:
Syrakonstant: HA(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + A−(aq)
H3O+ skrivs H+ för korthets skull.
[H ]⋅ [A ]
=
+
Ka
-
[HA]
Svag bas:
Baskonstant: B(aq) + H2O(l) ⇄ BH+(aq) + OH−(aq)
[HB ]⋅ [OH ]
=
+
Kb
[B]
-
(Formeln i box s. 550 fel!)
Vattnets autoprotolys: 2 H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + OH−(aq)
(16.3)
Kw = [H3O+]⋅⋅[OH−]=10-14 vid 25 oC (svagt temp.beroende.).
Det gäller (visa själv) att för syra- resp. baskonstanterna inom ett
konjugerat par gäller:
Ka ⋅Kb = Kw
pH-begreppet. (16.4)
Enkelt sätt ange hur sur en lösning är: pH = −10log [H3O+]
Andra p-operatorer: pKa = −10log Ka osv.
pKa + pKb = pKw = 14
I varje vattenlösning gäller pH + p(OH) = 14
Ex. I en 0,1 molar lösning av saltsyra (HCl, stark syra) är pH = 1.
Dissociationsgrad hos svag syra = andel av syran som protolyserats
[A ]
α=
[HA ] + [A ]
-
-
Beräkningsmetoder.
Ex.
Beräkna pH och dissociationsgrad hos en 0,010 molar lösning av
ättiksyra. Använd ett jämviktsschema:
(CH3COOH = HA). Ka = 1,7 ⋅10 −5
HA + H2O ⇄
H3O+ + A−
Före
0,01
0
0
Efter 0,01 – x
x
x
Totalhaltsvillkor
Jämviktsvillkor:
x2
= 1,7 ⋅10−5
0 ,01 − x
ger x = 4,1⋅10 −4
(enklare om x << 0,01, vilket gäller inom behövlig noggrannhet)
Dissociationsgrad:
4 ,1 ⋅10
α=
0 ,01
−4
= 0 ,041
pH = 3,4 i lösningen, dissociationsgrad = 4,1 %
Flerbasiska syror (svaga). (Ej i bok)
Syror med mer än en ”sur” proton.
Ex. tvåbasisk syra, H2A. Två protolysjämvikter:
H2A + H2O ⇄ H3O+ + HA−
[H ]⋅ [HA ] = K
+
-
[H 2 A]
[H ]⋅ [A ] = K
A
[HA ]
c
= [H A ] + [HA ]+ [A ]
(positiva = negativa)
[H ] = [HA ]+ 2 ⋅ [A ]
+
HA− + H2O ⇄ H3O+ +
a1
2−
−
2-
-
a2
2Totalhaltsvillkor:
A ,tot
2
+
2Laddningsvillkor:
Vi har fyra okända konc.: [H +] (=[H3O+]),[H2A], [HA −] och [A2−−]
Vi har fyra ekvationer: Två jämviktsvillkor, ett totalhaltsvillkor och ett
laddningsvillkor, d.v.s. problemet är lösbart.
Det kan visas att med lämpliga approximationer blir pH för en NaHAlösning = (pKa1 + pKa2)/2. Syns också på fig. nästa sida.
Fördelning mellan species vid olika pH.
Blir enligt vidstående figur (för oxalsyra):
HOOCCOOH = H2A
HOOCCOO− = HA−
− OOCCOO− = A2−
Där kurvor möts är pH = pKa1
resp. pKa2
Värden beror på konstanter
för aktuell syra.
Buffertar.
Håller pH konstant i lösningar vid tillsats av mindre mängd syra eller
bas. Består av blandning av syra med konjugerad bas i ungefär lika
mängder.
A10
Ur formeln för syrakonstanten fås (visa själv): pH = pK a + log [HA ]
Buffertformeln eller Henderson – Hasselbalchs formel
[ ]
Titrering av syra med bas.
Bilden visar titrering av svag syra med stark bas (vanl. NaOH). pH
stiger.
Vid ekvivalenspunkten är nHA = nNaOH. Då stiger pH snabbt.
Vid ekv. punkten gäller:
[HA]·VHA = [NaOH]·V,eq
Man kan räkna fram syrakonc.
om baskonc. är känd. cs·Vs = cb·Vb
I buffertzonen, där kurvan är flack
ligger pH nära pKa Mitt i denna är tillsatt
volym = Veq/2, d.v.s. [HA] = [A− ]
Tvåbasisk syra.
Ger två omslagspunkter vid titrering.
1:a: H2A + OH− → HA− + H2O
2:a: HA− + OH− → A2 − + H2O
Indikatorer.
Substanser som byter färg inom ett snävt pH-område. Är syror vars
konjugerade bas har annan färg. Omslaget sker inom buffertzonen
för indikatorn. Vid titrering bör man:
• Räkna fram vid vilket pH omslaget väntas ske för syran som ska
titreras.
• Välja en lämplig indikator för detta pH-område. Tabeller finns.
