6. AKTIVITET I KONCENTRACIJA (Activity and Concentration)

Παρουσίαση με θέμα: "6. AKTIVITET I KONCENTRACIJA (Activity and Concentration)"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 6. AKTIVITET I KONCENTRACIJA (Activity and Concentration)
Idealne otopine Konstante ravnoteže su nezavisne o prisutnosti i koncentraciji elektrolita Realne otopine Konstante ravnoteže variraju ovisno o koncentraciji elektrolita i mjerilo su odstupanja nekog realnog sustava od idealnog. Odjel za kemiju

2 Aktivitet (activity ) Idealne otopine: na čestice otopljene tvari djeluju samo molekule otapala, Realne otopine: privlačne sile (Coulombove) između iona u otopini rastu s povećanjem naboja iona i povećanjem njihove koncentracije. Odjel za kemiju

3 Aktivitet (activity ) Prisutnost elektrolita u otopini rezultira elektrostatskim interakcijama s ostalim ionima ili otapalom (voda) ….. … manifestira se kao smanjivanje broja iona; tj. smanjivanje koncentracije iona …ta nova koncentracija naziva se aktivitet a (aktivna koncentracija, Lewis). Aktivitet a („efektivna (djelotvorna) koncentracija”) u kemiji mjerilo je međusobne interakcije različitih molekula u jednom ne-idealnom sustavu. Pri izračunavanjima vezanim za kemijske ravnoteže koristi se molarna (stehiometrijska) koncentracija c ..... ... i time se svjesno unosi pogreška u izračunavanjima!? Kakav je odnos između koncentracije i aktiviteta? Odjel za kemiju

4 Koeficijent aktiviteta (activity coefficient)
Koeficijent aktiviteta uspostavlja vezu između aktiviteta i koncentracije. Ovisi o: Ionskoj jakosti otopine Veličini iona Naboju iona Ionskoj pokretljivosti Odjel za kemiju

5 Odjel za kemiju

6 …Debye-Hückel-ova jednadžba
Veza između c i a ? ai = fi ·ci fi - faktor (koeficijent) aktiviteta (activity coefficient) …Debye-Hückel-ova jednadžba vrijedi za μ ≤ 0.2 zi = naboj (charge) μ = ionska jakost (ionic strength) otopine Odjel za kemiju

7 Davies-ova jednadžba (za μ<0.5)
Odjel za kemiju

8 Izračunati ionsku jakost 0.1 M Mg(NO3)2 otopine
Primjer 1 Izračunati ionsku jakost 0.1 M Mg(NO3)2 otopine Primjer 2 Kolika je ionska jakost otopine koja je 0.05 M KNO3 i 0.1 M Na2SO4 ? Odjel za kemiju

9 konstanta ravnoteže (equilibrium constant) je:
za reakciju: A  +  B ⇋ C  +  D konstanta ravnoteže (equilibrium constant) je: ...koncentracijska (stehiometrijska) konstanta ravnoteže, analogno je ...termodinamička konstanta ravnoteže Odjel za kemiju

10 veza Ka i Kc: Odjel za kemiju

11 7. RAVNOTEŽA KISELINA I BAZA (Acid/Base Equilibria)
Odjel za kemiju

12 7.1. Ionski produkt vode i pH vrijednost
i voda disocira: H2O ⇋ H+ + OH- (ispravnije je 2H2O ⇋ H3O+ + OH-) a kako je const. ( 55.5 mol/L) na 25ºC ionski produkt vode (ion-product for water) pH = -log i pOH = -log Odjel za kemiju

13 u najčistijoj vodi: mol/L
tj. pH = pOH = 7 i pKw = pH + pOH = 14 Odjel za kemiju

14 Primjer 1 Izračunajte koncentracije [H3O]+ i [OH]- iona u čistoj vodi na 25 i 100 °C. Budući da H3O+ i OH- ioni nastaju samo od disocijacije vode, njihove koncentracije moraju biti jednake: Uvrštavanjem u jednadžbu dobivamo: Pri 25°C: a pri 100 °C: Odjel za kemiju

15 Kw Tablica: UTJECAJ TEMPERATURE NA Kw temperatura, °C 0.114 x 10-14 25
0.114 x 10-14 25 1.01 x 10-14 50 5.47 x 10-14 100 49 x 10-14 Odjel za kemiju

16 Izračunajte koncentraciju hidronijeva i hidroksidnog iona u 0.200 M
Primjer 2 Izračunajte koncentraciju hidronijeva i hidroksidnog iona u M vodenoj otopini NaOH. Natrijev hidroksid je jaki elektrolit, tako da će njegov doprinos koncentraciji hidroksidnog iona u otopini biti mol/L. Kao i u primjeru 1, zbog disocijacije vode nastaje jednaka količina hidronijeva i hidroksidnog iona. Može se napisati gdje je koncentracija hidroksidnog iona, koja potječe od disocijacije otapala. Međutim koncentracije OH- i H3O+ od disocijacije vode zanemarivo su male u usporedbi sa 0.200, tako da se može pisati Odjel za kemiju

17 Za izračunavanje koncentracije hidronijevog iona sada se možemo
koristiti jednadžbom Treba naglasiti da aproksimacija ne prouzrokuje znatnu pogrešku. Odjel za kemiju

18 Primjer : Izračunati pH vrijednost 10-8 M HCl
Kako je i kako je pa je te uvrštenjem i nakon uređivanja čije je rješenje pa je pOH = 7.022, a pH = 6.978 Odjel za kemiju

19 7.2. Jake kiseline i jake baze (Strong acids and strong bases)
jaka kiselina HA: HA ⇋ H+ + A- Ka ……. konstanta disocijacije kiseline (dissociation constant) jaka baza BOH: BOH ⇋ B+ + OH- Kb ……. konstanta disocijacije baze Za jake kiseline i jake baze vrijedi: potpuno su disocirane! tj i Odjel za kemiju

20 Odjel za kemiju

21 Odjel za kemiju

22 Izračunaj pH otopine u koju smo dodali jednu kap 2M HCl u 100 mL vode?
HCl je jaka kiselina (Ka=106) i, budući da je jaka kiselina, možemo pretpostaviti da u vodi potpuno disocira HCl (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + Cl¯ (aq) Odjel za kemiju

23 Koncentracija H3O+ iona u ravnoteži jednaka je početnoj koncentraciji
kiseline. Jedan mililitar sadrži oko 20 kapi, pa jedna kap 2M HCl ima volumen od 0.05 mL ili 5 x 10-5 L. Broj molova HCl koja je dodana u vodu možemo izračunati na sljedeći način Početna koncentracija HCl jednaka je broju molova HCl dodane u čašicu, podijeljen s volumenom vode u koju je HCl dodan. Odjel za kemiju

24 Prema ovom računu, početna koncentracija HCl je 1x10-3 M. Ako
pretpostavimo da kiselina potpuno disocira, koncentracija [H3O+] iona u ravnoteži je 1x10-3 M. pH = - log [H3O+] = - log [1x10-3] = -(-3) = 3 Otopina pripremljena dodavanjem jedne kapi 2M HCl u 100mL vode imat će pH=3 . Odjel za kemiju

25 Stupanj disocijacije (degree of dissociation)
HA ⇋ H+ + A- Slijedi i da je c = ukupan broj molova kiseline ili baze koji je disocirao c0 = ukupan broj molova u otopini za jake kiseline/baze vrijedi c  c0    1  Ka (Kb)   npr.: Ka(HClO4)  109; Ka(H2SO4)  103; Ka(HCl)  106 Odjel za kemiju

26 7.3. Slabe kiseline (weak acids)
Slaba kiselina HA: HA ⇋ H+ + A- Vidljivo je da je jer je pa je Odjel za kemiju

27 kako je pa slijedi: Odatle je za  znatno manje od 1  Odjel za kemiju

28 Veza između i pa je odatle je za Ka   jer je Odjel za kemiju

29 Primjer : Izračunati pH vrijednost 0. 1 M octene kis. (HAc, Ka=2
Primjer : Izračunati pH vrijednost 0.1 M octene kis. (HAc, Ka=2.24 x 10-5). HAc ⇋ H+ + Ac- Kako je , a Neka je pa iz i nakon uređivanja dobije se  pa je pH = 2.826 Kako je Ka  10-4 može se koristiti i .... a pH je (nema razlike !) Odjel za kemiju

30 Odjel za kemiju

31 7.4. Slabe baze (weak bases)
Slaba baza BOH: BOH ⇋ B+ + OH- analogno kao za Ka: za  znatno manje od 1  Kako je ; pa je za Kb   Odjel za kemiju

32 Kako je ; pa je za Kb   Odjel za kemiju

33 Neke slabe baze Odjel za kemiju

34 Izračunati pH vrijednost 0.01 M metilamina, CH3NH2, Kb = 4.18 x 10-4.
Primjer : Izračunati pH vrijednost 0.01 M metilamina, CH3NH2, Kb = 4.18 x 10-4. CH3NH2 + H2O ⇋ CH3NH OH- Kb = [OH-][CH3NH3+]/[CH3NH2] = 4.18 x 10-4 Kako je [CH3NH2] = [CH3NH3+] i [CH3NH3+] = [OH-] Imamo [OH-]2/( [OH-]) = 4.18 x 10-4 i nakon uređivanja [OH-] x 10-4[OH-] x 10-6 = 0 čije je riješenje [OH-] = 1.85 x 10-3, pOH = - log [OH-] = 2.73, a kako je pH + pOH = pKw = 14, pH = = 11.27 Odjel za kemiju

35 ali primijenjujući pOH = - log [OH-] = 2.69, pa je pH = = (uočiti razliku !) Odjel za kemiju

36 Odjel za kemiju

37 Odjel za kemiju

38 Odjel za kemiju

39 7.5. Disocijacija poliprotonskih kiselina
a) H2CO3 H2CO3 ⇋ H+ + HCO3- HCO3- ⇋ H+ + CO32- Općenito je K1 > K2 za faktor 104 do 105 zbog elektrostatičkih sila. Prva disocijacija se sastoji od odvajanja protona od jedanput negativno nabijenog aniona. U drugom stupnju proton se odvaja od dvostruko nabijenog aniona, a to zahtijeva mnogo veću energiju. Odjel za kemiju

40 Izračunajte koncentraciju iona u otopini karbonatne kiseline, ako je
Zadatak 1 Izračunajte koncentraciju iona u otopini karbonatne kiseline, ako je H2CO3 ⇋ H++ HCO3- Kako je x znatno manje od 0.05 (iz K1), to je Odjel za kemiju

41 HCO3- ⇋ H+ + CO32- y y Odjel za kemiju

42 Odjel za kemiju

43 sumporovodika jesu: K1 = 5.7 x 10-8 mol/L, K2 = 1 x 10-14 mol/L.
Zadatak 2 Izračunajte koncentraciju S2- iona u zakiseljenoj otopini sumporovodika, , ako otopina ima pH = 1. Konstante disocijacije sumporovodika jesu: K1 = 5.7 x 10-8 mol/L, K2 = 1 x mol/L. Odjel za kemiju

44 Odjel za kemiju

45 b) H3PO4 H3PO4 ⇋ H+ + H2PO4- H2PO4- ⇋ H+ + HPO42- HPO42- ⇋ H+ + PO43-
Odjel za kemiju

46 Kolike su vrijednosti c(H+) i pH otopine fosfatne kiseline kad je
Zadatak 3 Kolike su vrijednosti c(H+) i pH otopine fosfatne kiseline kad je koncentracija c(H3PO4)uk= 0.08 mol/L? Odjel za kemiju

47 Ka nekih poliprotonskih kiselina
Odjel za kemiju

48 Odjel za kemiju

49 7.6. Disocijacija polihidroksidnih baza
CO32- CO32- + H2O ⇋ OH- + HCO3- HCO3- + H2O ⇋ OH- + H2CO3 Odjel za kemiju

50 CO32- Ukupna bazna reakcija disocijacije natrijeva karbonata može se
opisati reakcijom: CO H2O ⇋ H2CO3 + 2 OH- Odjel za kemiju

51 KARBONATNI ION KAO BAZA
Karbonatni ion prihvaća proton iz vode, ostavljajući OH- i stvarajući bazičnu otopinu. Odjel za kemiju

52 Izračunajte pH 0.0012 M otopine Na2CO3.
Primjer 1 Izračunajte pH M otopine Na2CO3. Odjel za kemiju

53 Odjel za kemiju