KEM A02 Allmän- och oorganisk kemi SYROR OCH BASER Atkins & Jones kap 11.1-11.10

KEMMA02/ © Sofi Elmroth 2011

KEM A02Allmän- och oorganisk kemi

SYROR OCH BASERAtkins & Jones kap 11.1-11.10


ÖVERSIKT

- Syror och baser – grundläggande egenskaper- Svaga syror och baser- pH i lösningar av svaga syror och baser- Flerprotoniga syror - Autoprotolys och pH


SYRA-BASNIVÅ ”till vardags”

pH intervall ca 1 – 13

Se även:A&J T11.12


11.1. BrØnsted syror och baser(Johannes BrØnsted 1923)

DEFINITIONER- SYRA – proton donator- BAS – proton acceptor- PROTON – vätejon H+ (H3O+ eller H+(aq))

, H+(aq)

Hydroxoniumjon


TYPREAKTION BrØnsted-syra

H+ överförs direkt från syra till bas – protontransfer

Ex1) HCl + H2O Cl- + H3O+ stark syra, jv: syra bas

Ex 2) HCN + H2O CN-(aq) + H3O+ svag syra, mest HCN!

Ex 3) HCO3-(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + CO3

2-(aq)

svag syra, mest HCO3-

- Biologiskt relevant ... mer info senare! - DOCK! Jämvikten kan drivas åt höger om tex CO3

2- fälls ut som CaCO3(s)

KEYPOINT: Samma typ av reaktion men deprotoneringsgraden varieriar!


TYPREAKTIONBrØnsted bas

Karaktäristiskt:En eller flera ensamma [obundna] elektronpar [som kan ta upp H+]

Ex1) CaO (s) + H2O(l) Ca2+(aq) + 2 OH- (aq) O2-: mkt stark bas bas

Ex 2) NH3 (aq) + H2O (l) NH4+ (aq) + OH- (aq) NH3 – oladdad!

svagare attraktion svagare bas

KEYPOINT: Samma typ av reaktion men protoneringsgraden varieriar!

oxidjon


Begrepp:KONJUGERAD SYRA OCH BAS

PRINCIPSyra

[donerar H+]

Konjugerad bas

EXEMPELH2CO3 Kolsyra

HCO3- Vätekarbonatjon

H+

PRINCIPBas

[tar upp H+]

Konjugerad syra

EXEMPELCN-

HCN

H+

PRINCIP

EXEMPELCyanidjon

Vätecyanid


Det finns annat än protoner...11.2. Lewissyror och -baser

Lewis syra:Elektronparacceptor

Exempel 1: HClCl- :

”accepterar” e-par

Exempel 2: Cu2+

Cu2+ + 6 NH3 Cu(NH3)62+

”NYA” DEFINITIONER

Lewis bas: Elektronpardonator

Exempel 1: NH3

N: donerar fritt e-par till H+

och bildar NH4+

Exempel 2: OH-

Fe3+ + 3 OH- Fe(OH)3

e-

Koppar(II)hexammin Järn(III)hydroxidNYTT!

Reaktioner som inte omfattar H+ - ”elektronperspektiv”


MILJÖKATASTROF!!!

S-atmosfär O-atmosfär


11.3. Sura, basiska och amfotera oxider

SUR OXID- Bildar Brönsted syra i vatten- Ickemetaller- Ex) CO2 i vatten H2CO3

BASISK OXID- Bildar OH- i vatten - Metaller- Ex) CaO i vatten Ca(OH)2 (s)

AMFOTERA OXIDER- Reagerar både med syror och

baser- Övergångsmetaller – tom ca Al/Pb

diagonalen- Ex) Al2O3

Vi lever i en oxiderande miljö!


11.4. Protonutbyte mellan vattenmolekyler

REAKTION

2 H2O H3O+ + OH-

OBS1! Mkt snabbt utbyte! Diffusionskontrollerat – OK för korta avstånd – dock ej långa

OBS2! Jämvikten förskjuten långt åt vänster dålig konduktivitet i rent vatten!

Kw = a(H3O+) a(OH-)

a(H2O)2

Kw

≈ [H3O+][OH-]

Kw = 1 x 10-14 M2 vid 25 oC

Nyckelfunktion för syra-bas beteende


11.5, 11.6 pH- skalan och pOH

DEFINITIONER

pH = - log(a(H3O+)) ≈ - log [H3O+]

pOH = - log(a(OH+)) ≈ - log [OH-]

Anges lämpligen med 2 decimaler t.ex. pH 5.26

SAMBANDpKw = pH + pOHpOH = pKw – pH

Härledning: läs själva! (A 11.6)


SVAGA SYROR OCH BASER11.7 Syra- och baskonstanter

VAD FINNS I EN VATTENLÖSNING AV EN SVAG SYRA?- Syran själv; HA HA + H2O A- + H3O+

- Lite av den konjugerade basen; A- Ka = [A-][H3O+]/[HA]

- Liten mängd H3O+ - lika mycket tillskott som bildat A-

VAD FINNS I EN VATTENLÖSNING AV EN SVAG BAS?- Basen själv; B B + H2O HB + OH-

- Lite av den konjugerade syran; HB Kb = [HB][OH-]/[B]- Liten mängd OH- - lika mycket tillskott som bildat HB

NOTERA! pH = pKa då [HA]=[A-] och pOH = pKb då [HB]=[B]


EXEMPEL 11.5a) Jämför HF (vätefluorid) med HIO3 (jodsyra, vätejodat)b) Jämför NO2

- (nitritjon) med CN- (cyanidjon)

LÖSNING: Jämför pKa eller pKb-värden!

Hur vet man vad som är den starkaste syran/basen?

UR TABELL 11.1 och 11.2

Förening pKa pKbHF 3.45 -HIO3 0.77 -NO2

- - 14 – 3.37 (pKa för HN02) = 10.63CN- - 14 – 9.31 (pKa för HCN) = 4.69

Lägst värde starkast syra!

Lägst värde starkast bas!


”Vanliga pH”

TABELL 11.1 & 2”labkemikalier”

NaOH – caustic soda

pH pOH


Fråga: Hur sur kan en syra vara?

Exempel på SUPERSYRA

Triflourometansulfonsyra”Triflic acid”

Ka ca 1015 pKa ca -15

Användning: kraftfullt protoneringsreagens

OBS! 3 starkt elektronegativagrupper

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e3/Triflic-acid.png


11.9. Koppling - struktur och syrastyrka

Table 7: H-X Bond Strengths and pKa

pKaBond Energy[kJ/mol]

HF 3.1 567.7

HCl -6.0 431.6

HBr -9.0 365.9

HI -9.5 298.0

http://www.vias.org/genchem/acidbase_equ_12591_06.html

H - X

STARK SYRA:H+ ”trillar lätt av”

Minskande H-X bindningsstyrka

Minskande pKa

dvs surare syra!




11.10. Oxosyrorsyrastyrka och elektronegativitet

OXOSYRORSurt H+ bundet till O

EXEMPEL:KarboxylsyrorSvavelsyraSalpetersyraFosforsyraHalogener-oxosyror

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8b/Sulfuric-acid-2D-dimensions.svg


Syrastyrka

Halogen - oxosyror

HClO4

HBrO4

HIO4

Elektro-negativitet

HClO3 HClO

Oxidationstal

Syrastyrka

Starka syror då1) höga oxidationstal; X

2) hög elektronegativitet; XEFFEKT: försvagad H-O

bindning!


Karboxylsyror

SYRASTYKAPrincip: se halogener - oxosyror

Carboxylic Acids pKa

Formic acid (HCO2H) 3.77

Acetic acid (CH3COOH) 4.76

Chloroacetic acid (CH2ClCO2H) 2.86

Dichloroacetic acid (CHCl2CO2H) 1.29

Trichloroacetic acid (CCl3CO2H) 0.65Trifluoroacetic acid (CF3CO2H) 0.5Oxalic acid (HO2CCO2H) 1.27Benzoic acid (C6H5CO2H) 4.2

H Cl

e-


Summering

TYPREAKTION EXEMPEL pH skalan

Syror deprotoneras

HA + H2O A- + H3O+

Baser protoneras

B- + H2O HB + OH-

Svavelsyra H2SO4

Saltsyra HClPerklor/bromsyra HClO4 HBrO4 Klor/bromsyra HClO3 HBrO3

Hypoklorit/bromitsyra HClO HBrOFluorättiksyra CH2ClCO2HÄttiksyra CH3CO2H (HAc)

Ammoniak NH3

Natriumhyroxid NaOHMagnesiumhydroxid Mg(OH)2

Kalciumoxid CaONatriumhydrid NaH*

(*H2 avgår)

KEM A02 Allmän- och oorganisk kemi SYROR OCH BASER Atkins & Jones kap 11.1-11.10

Documents

Transcript of KEM A02 Allmän- och oorganisk kemi SYROR OCH BASER Atkins & Jones kap 11.1-11.10