ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΚΟΙΝΟΥ ΙΟΝΤΟΣ Όταν σε ένα διάλυμα ασθενούς ηλεκτρολύτη, που βρίσκεται σε ισορροπία, προσθέσουμε ένα δεύτερο ηλεκτρολύτη που έχει κοινό ιόν με τον πρώτο, τότε η ισορροπία μετατοπίζεται σύμφωνα με τον νόμο του Le Chatelier. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται επίδραση κοινού ιόντος και έχει τα ακόλουθα αποτελέσματα: 1. Η ισορροπία μετατοπίζεται προς την κατεύθυνση κατανάλωσης του κοινού ιόντος (συνήθως προς τα αριστερά).

C - x C-x C - Cαλ y C-y Cαλ +y Χωρίς επίδραση κοινού ιόντος. C - Cαλ y C-y Cαλ +y Με επίδραση κοινού ιόντος. 2. Ο βαθμός ιοντισμού του ασθενούς ηλεκτρολύτη ελαττώνεται ενώ η σταθερά ιοντισμού δεν μεταβάλλεται.

ΠΡΟΣΟΧΗ ! ! ! Όταν σε ένα διάλυμα υπάρχουν δύο ή περισσότερες ουσίες που δίνουν ένα κοινό ιόν, η συγκέντρωση του κοινού ιόντος που ικανοποιεί όλες τις ισορροπίες είναι ΜΙΑ ΚΑΙ ΜΟΝΑΔΙΚΗ. Η συγκέντρωση αυτή υπολογίζεται αν προσθέσουμε όλες τις συγκεντρώσεις του κοινού ιόντος στο διάλυμα, από όπου και αν αυτές προέρχονται. Επίδραση κοινού ιόντος έχουμε και όταν σε διάλυμα ασθενούς ηλεκτρολύτη προστεθεί άλλος ασθενής ηλεκτρολύτης με κοινό ιόν. Στην περίπτωση αυτή, η επίδραση κοινού ιόντος είναι αμοιβαία, με αποτέλεσμα οι δύο ισορροπίες να μετατοπίζονται προς τα αριστερά και οι βαθμοί ιοντισμού των δύο ηλεκτρολυτών να μειώνονται.

Ασθενές οξύ + άλας του οξέος Το άλας υφίσταται πλήρη διάσταση επειδή είναι ισχυρός ηλεκτρολύτης. - Cαλ Cοξ - Cαλ x Cοξ - x Cαλ + x

Ασθενές οξύ + άλας του οξέος Εφόσον πρόκειται για ασθενή ηλεκτρολύτη το x μπορεί να θεωρηθεί αμελητέο σε σχέση με το Cοξ και με το Cαλ οπότε η παραπάνω σχέση παίρνει την μορφή: Από την σχέση αυτή φαίνεται ότι μπορούμε να ρυθμίσουμε την συγκέντρωση των υδροξωνίων και επομένως το pH μεταβάλλοντας τις συγκεντρώσεις οξέος και άλατος.

Ασθενής βάση + άλας της βάσης Το άλας υφίσταται πλήρη διάσταση επειδή είναι ισχυρός ηλεκτρολύτης. - Cαλ Cβασ Cαλ - x Cβασ - x Cαλ + x

Ασθενής βάση + άλας της βάσης Εφόσον πρόκειται για ασθενή ηλεκτρολύτη το x μπορεί να θεωρηθεί αμελητέο σε σχέση με το Cοξ και με το Cαλ οπότε η παραπάνω σχέση παίρνει την μορφή: Από την σχέση αυτή φαίνεται ότι μπορούμε να ρυθμίσουμε την συγκέντρωση των υδροξειδίων και επομένως το pOH μεταβάλλοντας τις συγκεντρώσεις βάσης και άλατος.

Henderson - Hasselbalch Αν λογαριθμήσουμε την σχέση αυτή θα έχουμε: Εξίσωση Henderson - Hasselbalch

Henderson - Hasselbalch Αν λογαριθμήσουμε την σχέση αυτή θα έχουμε: Εξίσωση Henderson - Hasselbalch

Ρυθμιστικά διαλύματα Ρυθμιστικά είναι τα διαλύματα που διατηρούν το pH τους πρακτικά σταθερό, κατά την προσθήκη σε αυτά μικρής αλλά υπολογίσιμης ποσότητας ισχυρού οξέος ή βάσης ή όταν υποστούν μια «λογική» αραίωση ή συμπύκνωση. Τα ρυθμιστικά διαλύματα περιέχουν: Ασθενές οξύ και την συζυγή του βάση π.χ. HCN και CN- Ασθενή βάση και το συζυγές της οξύ π.χ. NH3 και NH4+ Στην πράξη, τα ρυθμιστικά διαλύματα μπορεί να περιέχουν: α. Ένα ασθενές οξύ (Cοξ) και το αντίστοιχο άλας με ισχυρή βάση (Cαλ), το οποίο με διάσταση δίνει τη συζυγή βάση του οξέος. β. Μία ασθενή βάση (Cβασ) και το αντίστοιχο άλας με ισχυρό οξύ (Cαλ), το οποίο με διάσταση δίνει το συζυγές οξύ της βάσης.

Ρυθμιστικά διαλύματα Σε ρυθμιστικό διάλυμα που αποτελείται από ασθενές οξύ και το άλας του το pH υπολογίζεται από τις σχέσεις: Σε ρυθμιστικό διάλυμα που αποτελείται από ασθενή βάση και το άλας της το pOH και κατά συνέπεια και το pH υπολογίζεται από τις σχέσεις:

Ρυθμιστικά διαλύματα Τι συμβαίνει όταν αραιώνουμε «λογικά» ένα ρυθμιστικό διάλυμα; Έστω ρυθμιστικό διάλυμα που αποτελείται από το ασθενές οξύ HA και το άλας του οξέος NaA. Σύμφωνα με τον προηγούμενο τύπο, η συγκέντρωση υδροξωνίων θα είναι: Αν προσθέσουμε νερό ώστε ο όγκος να διπλασιαστεί τότε οι συγκεντρώσεις θα υποδιπλασιαστούν, και η νέα συγκέντρωση των υδροξωνίων θα είναι: ! !

Ρυθμιστικά διαλύματα Θα αναρωτηθεί κανείς τι θα συμβεί αν προσθέσουμε αρκετό νερό, ώστε ο όγκος να εκατονταπλασιαστεί. Αν σκεφθούμε αναλογικά τότε οι συγκεντρώσεις θα γίνουν εκατό φορές μικρότερες οπότε θα έχουμε την σχέση: ? ? Η σχέση δεν ισχύει γιατί καθώς η συγκέντρωση μικραίνει ο βαθμός διάστασης γίνεται όλο και μεγαλύτερος (ο ηλεκτρολύτης γίνεται ισχυρότερος) οπότε παύει να ισχύει η προσέγγιση που θεωρήσαμε για να προκύψει ο παραπάνω τύπος.

Ρυθμιστικά διαλύματα Τι συμβαίνει όταν προσθέτουμε μικρή αλλά υπολογίσιμη ποσότητα ισχυρού οξέος ή βάσης σε ένα ρυθμιστικό διάλυμα; Έστω ρυθμιστικό διάλυμα που αποτελείται από το ασθενές οξύ HCN (Cοξ) και το άλας του οξέος NaA (Cαλ). Σύμφωνα με τον προηγούμενο τύπο, η συγκέντρωση υδροξωνίων θα είναι: Έστω τώρα ότι προσθέτουμε μια μικρή ποσότητα της ισχυρής βάσης NaOH ώστε η συγκέντρωση της να γίνει λ mol/L ( με την προϋπόθεση ότι το λ είναι αρκετά μικρό συγκρινόμενο με το Cοξ και το Cαλ). Είναι φανερό ότι όλη η ποσότητα της βάσης θα αντιδράσει με το ασθενές οξύ και θα παραχθεί άλας.

Ρυθμιστικά διαλύματα Cοξ λ Cαλ - Cοξ - λ Cαλ +λ Αν συνεχίσουμε την διαδικασία διάστασης του άλατος και ιοντισμού του ασθενούς οξέος που απέμεινε θα καταλήξουμε στην σχέση:

Ρυθμιστικά διαλύματα Επειδή όμως δεχτήκαμε εκ των προτέρων ότι το λ είναι αρκούντως μικρό σε σχέση με τις συγκεντρώσεις οξέος και άλατος μπορούμε χωρίς να κάνουμε σημαντικό σφάλμα να δεχθούμε ότι: Με άλλα λόγια σε ένα ρυθμιστικό διάλυμα η συγκέντρωση των υδροξωνίων και επομένως και το pH παραμένει πρακτικά σταθερό όταν προσθέτουμε μια μικρή αλλά υπολογίσιμη ποσότητα ισχυρής βάσης ή ισχυρού οξέος.

Ρυθμιστικά διαλύματα Στο διάγραμμα φαίνεται η μεταβολή του pH κατά την προσθήκη 0,01 mol H3O+ ή 0,01 mol ΟΗ- α. σε 1 L καθαρού νερού και β. σε 1 L ρυθμιστικού διαλύματος 1 Μ CH3COOH / 1Μ CH3COONa

Ρυθμιστικά διαλύματα Πως παρασκευάζουμε ρυθμιστικά διαλύματα; Με διάλυση των συστατικών τους στο νερό. Διαλύουμε στο νερό ένα ασθενές οξύ και το άλας του (ή μια ασθενή βάση και το άλας της). Π.χ.: αν διαλύσουμε στο νερό κατάλληλες ποσότητες ΗCOOH και HCOOK, σχηματίζεται ρυθμιστικό διάλυμα που περιέχει το ζεύγος των συζυγών ΗCOOH/HCOO–. Με ανάμιξη υδατικών διαλυμάτων των συστατικών τους. Αναμιγνύουμε δύο διαλύματα που περιέχουν αντίστοιχα ασθενές οξύ και άλας του οξέος αυτού (ή ασθενή βάση και το άλας αυτής). Π.χ.: αν αναμίξουμε κατάλληλες ποσότητες υδατικού διαλύματος ΝΗ3 και υδατικού διαλύματος NH4Cl, σχηματίζεται ρυθμιστικό διάλυμα που περιέχει το ζεύγος των συζυγών ΝΗ3/ΝΗ4+.

Ρυθμιστικά διαλύματα Πως παρασκευάζουμε ρυθμιστικά διαλύματα; Με μερική εξουδετέρωση ενός ασθενούς οξέος από μια ισχυρή βάση (ή μιας ασθενούς βάσης από ένα ισχυρό οξύ). Π.χ.: αν εξουδετερώσουμε εν μέρει CH3COOH χρησιμοποιώντας NaOH τότε στο τελικό διάλυμα θα περιέχονται το CH3COOH που περίσσεψε και το άλας CH3COONa που σχηματίστηκε, δηλαδή ρυθμιστικό διάλυμα που περιέχει το ζεύγος των συζυγών CH3COOH - CH3COO–. Με αντίδραση διπλής αντικατάστασης. Επίδραση ισχυρού οξέος σε άλας ασθενούς οξέος ή ισχυρής βάσης σε άλας ασθενούς βάσης. Π.χ.: αν επιδράσουμε με HNO3 πάνω σε NaCN ώστε να αντιδράσει πλήρως το HNO3 τότε στο τελικό διάλυμα θα περιέχονται το NaCN που περίσσεψε και το HCN που σχηματίζεται, δηλαδή ρυθμιστικό διάλυμα που περιέχει το ζεύγος των συζυγών HCN - CN-.