KMIAI EGYENSLY

a legtbb kmiai reakci teljesen' vgbemegy =

a reakci a meghatroz reaktns teljes elfogysig tart

Nhny kmiai reakci nem megy vgbe teljesen, a folyamat ltszlag lell, mieltt a meghatroz reaktns elfogyna

egyenslyi llapot ll be

KMIAI EGYENSLY =

Az az llapot, amikor a reaktnsok s termkek koncentrcija idben mr nem vltozik

korbbi plda (nem kmiai):

folyadkok prolgsa s gznyoms

szilrd anyagok olvadsa

egyenslyi elegy: a reaktnsok s termkek kmiai egyenslyban lv elegye

N2O4 (g) 2NO2 (g)

a reakci tiszta N2O4bl indul NO2 jelenik meg

a reakci tiszta NO2bl indul N2O4 jelenik meg

a folyamat MEGFORDTHAT:

mindkt irnyban megtrtnhet a reaktnsok s termkek koncentrcijtl fggen

odafel reakci: fels nyl, balrl jobbra

visszafel reakci: als nyl, jobbrl balra 0

0.02

0.04

0.06

0.08

id (s)

ko

nc

en

tr

ci

(M

)

NO2

N2O4

0

0.02

0.04

0.06

0.08

id (s)

ko

nc

en

tr

ci

(M

)

NO2

N2O4

Kmiai egyensly

DINAMIKUS

az oda- s visszafel irny reakcik nem llnak le, de sebessgk egyenlv vlik a koncentrcik nem vltoznak meg a zajl reakcik ellenre

UNIVERZLIS

szigoran vve minden reakci megfordthat s egyenslyra vezet. 'Gyakorlatilag teljes' reakcik esetben az egyenslyi elegyben annyira kevs a reaktnsok anyagmennyisge, hogy az mr ksrletileg kimutathatatlan.

id (s)

rea

kc

is

eb

es

s

g (

Ms

-1)

visszafel sebessg

odafel sebessg

EGYENSLYI LLAND

N2O4 (g) 2NO2 (g)

tapasztalat:

eq

eq

cK]ON[

]NO[

42

2

2

ez a kifejezs a kmiai egyensly llapotban

fggetlen a koncentrciktl

egyenslyi koncentrci

1

1

A TMEGHATS TRVNYE

Az egyenslyi lland kifejezhet a termkek egyenslyi koncentrciinak szorzatt elosztva a reaktnsok egyenslyi koncentrciinak szorzatval gy, hogy mindegyik koncentrcit a rendezett kmiai egyenletben elfordul sztchiometriai egytthat ltal megadott hatvnyra emeljk.

a A + b B c C + d D

b

eq

a

eq

d

eq

c

eq

cK]B[]A[

]D[]C[

termk

reaktns

N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)

egyenslyi koncentrcik 500 K-en:

[N2]eq = 3,0 102 M [H2]eq = 3,7 10

2 M

[NH3]eq = 1,6 102 M

22

3

2

3

22

2

3M 107,1

037,0030,0

016,0

]H[]N[

]NH[

eqeq

eq

cK

Kc fggetlen a reaktnsok s termkek kiindulsi koncentrciitl

Kc fgg a hmrsklettl

Kc mrtkegysge a reakciegyenlettl fgg

Gzreakcikra, pl.

N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)

a Kp parcilis nyomsokkal felrt egyenslyi lland:

3

HN

2

NH

)(

)(

22

3

pp

pKp

p: parcilis nyoms

N2 idelis gz

pN2V = nN2RT [N2] = nN2/V = pN2/RT

n

c

eqeq

eq

p RTKRT

RT

pp

pK )(

)(]H[]N[

)(]NH[

)(

)( 43

22

22

3

3

HN

2

NH

22

3

mlszmvltozs

HETEROGN EGYENSLYOK

CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)

??? ]CaCO[

]CaO[]CO[ '

3

2

eq

eqeq

cK

szilrd anyagok: a koncentrci nem fgg a jelen lv anyag mennyisgtl (gznyoms!)

eq

eq

eq

cc KK ]CO[]CaO[

]CaCO[ ' 2

3

2COpKp

llandk

CaCO3 (s) Ca2+ (aq) + CO3

2 (aq)

]CO][Ca[2

3

2 cK

tiszta szilrd anyagok s tiszta folyadkok koncentrcija nem szerepel az egyenslyi llandban mert koncentrcijuk a teljes anyamennyisgtl fggetlen, s gy bepthet az egyenslyi lland rtkbe

csak a gzok s oldott anyagok koncentrcija szerepelhet az egyenslyi llandban

H2 (g) + I2 (g) 2HI (g)

]I][H[

]HI[

]I[]H[

]HI[

22

2

22

2

ceqeq

eq

c QK

egyenslyi lland: csak egyenslyban

REAKCIHNYADOS

reakcihnyados: brmely llapotban

A reakci elrehaladsnak irnya:

ha Qc = Kc, a reakci nem halad (egyensly)

ha Qc < Kc, a reakci balrl jobbra halad

ha Qc > Kc, a reakci jobbrl balra halad

EGY EGYENSLYI ELEGY SSZETTELNEK MEGVLTOZTATSA

reaktns- s termkkoncentrcik

nyoms vagy trfogat

hmrsklet

Kataliztorok soha nem befolysoljk az egyenslyi elegy sszettelt, csak az egyensly bellshoz szksges idt.

LE CHATELIER-ELV

ltalnos, kvalitatv szably annak eldntsre, hogyan vlaszol egy egyenslyi rendszer a kls hatsokra

Le Chatelier-elv: Ha egy egyenslyi rendszert kls hats r, akkor a rendszerben olyan vltozs indul be, amely a kls hatst cskkenti.

kls hats = a koncentrci, nyoms, trfogat vagy hmrsklet megvltozsa, amely befolysolja a reakcit

Henri Louis

Le Chtelier (1850-1936)

KONCENTRCIVLTOZTATS

reaktns vagy termk hozzadsnak hatsra a rendszerben olyan vltozs indul be, amely cskkenti a hozzadott anyag mennyisgt

reaktns vagy termk eltvoltsnak hatsra a rendszerben olyan vltozs indul be, amely jratermeli a hozzadott anyagot

N2 (g) + 3H2 (g) 2 NH3 (g)

500 K-en az egyenslyi koncentrcik:

[N2]eq = 3,0 102 M [H2]eq = 3,7 10

2 M

[NH3]eq = 1,6 102 M

22

3

2

3

22

2

3M 107,1

037,0030,0

016,0

]H[]N[

]NH[

eqeq

eq

cK

NH3-t tvoltunk el: [NH3] = 1 103 M

21

3

2

3

22

2

3 M 106,6037,0030,0

001,0

]H][N[

]NH[

cQ < Kc

a reakci balrl jobbra halad, NH3 keletkezik

N2 (g) + 3H2 (g) 2 NH3 (g)

22

3

2

3

22

2

3M 107,1

037,0030,0

016,0

]H[]N[

]NH[

eqeq

eq

cK

N2-t adunk a rendszerhez: [N2] = 3,0 101 M

21

3

2

3

22

2

3 M 107,1037,030,0

016,0

]H][N[

]NH[

cQ < Kc

a reakci balrl jobbra halad, a hozzadott N2 egy rsze elfogy

NYOMS- S TRFOGATVLTOZTATS

a trfogatcskkentssel elrt nyomsnvekeds olyan vltozst indt be, amely cskkenti a gzmolekulk anyagmennyisgt

a trfogatnvelssel elrt nyomscskkens olyan vltozst indt be, amely nveli a gzmolekulk anyagmennyisgt

ms anyag hozzadsval elrt nyomsnvels nem befolysolja az egyenslyi sszettelt

Ha a reakci nem jr mlszmvltozssal, pl.

H2 (g) + I2 (g) 2 HI (g)

a nyoms megvltoztatsa nem befolysolja az egyenslyi sszettelt

N2 (g) + 3H2 (g) 2 NH3 (g)

22

3

2

3

22

2

3M 107,1

037,0030,0

016,0

]H[]N[

]NH[

eqeq

eq

cK

a trfogatot felre cskkentjk (gy a nyomst ktszeresre) minden koncentrci megktszerezdik

21

3

2

3

22

2

3 M 102,4074,0060,0

032,0

]H][N[

]NH[

cQ < Kc

a reakci balrl jobbra halad, a gzmolekulk szma cskken, a nyoms cskken

N2 (g) + 3H2 (g) 2 NH3 (g)

22

3

2

3

22

2

3M 107,1

037,0030,0

016,0

]H[]N[

]NH[

eqeq

eq

cK

a trfogatot ktszeresre nveljk minden koncentrci az egyenslyi rtk fele lesz

22

3

2

3

22

2

3 M 107,60185,0015,0

0080,0

]H][N[

]NH[

cQ > Kc

a reakci jobbrl balra halad, a gzmolekulk szma nvekszik, a nyoms nvekszik

HMRSKLETVLTOZTATS

Az egyenslyi lland (nem csak az egyenslyi elegy sszettele) fgg a hmrsklettl.

Exoterm reakci (negatv H) egyenslyi llandja cskken a hmsklet nvelsnek hatsra

Endoterm reakci (pozitv H) egyenslyi llandja nvekszik a hmrsklet nvelsnek hatsra

1.00E-04

1.00E+00

1.00E+04

1.00E+08

200 400 600 800 1000

T (K)

Kc (

M-2

)

N2 (g) + 3H2 (g) 2 NH3 (g) H= 92,2 kJmol1

exoterm

N2 (g) + 3H2 (g) 2 NH3 (g) H= 92,2 kJmol1

500 K-en: Kc = 1,7 102 M2

hts 400 K-re kezdetben minden koncentrci vltozatlan

j Kc = 3,9 104 M2 > Qc = 1,7 10

2 M2

a reakci balrl jobbra halad, h keletkezik, a hmrsklet nvekszik

N2 (g) + 3H2 (g) 2 NH3 (g) H= 92,2 kJmol1

500 K-en: Kc = 1,7 102 M2

fts 600 K-re eleinte minden koncentrci vltozatlan

j Kc = 4,2 100 M2 < Qc = 1,7 10

2 M2

a reakci jobbrl balra halad, az extra h egy rszt elnyeli, a hmrsklet cskken

sszefoglal:

N2 (g) + 3H2 (g) 2 NH3 (g) H= 92,2 kJmol1

az ammniakpzdsnek kedvez:

nagy nyoms nagy kezdeti koncentrcik

alacsony hmrsklet

Problma: alacsony hmrskleten reakci sebessge is kicsi, tl nagy a reakciid

IPARI ELJRS: mrskelten magas hmrsklet s nagyon nagy nyoms

kompromisszum, amely megfelel termkkpzdst s elfogadhat reakciidt eredmnyez

Kulcsfogalmak

egyenslyi lland = equilibrium constant

a tmeghats trvnye = law of mass action

kmiai egyensly = chemical equilibrium

reakcihnyados = reaction quotient

dinamikus egyensly = dynamic equilibrium

mszgets = lime kilning

Le Chatelier-elv = Le Chateliers Principle

SAVAK S BZISOK

Szmos klnbz sav-bzis elmlet

si fogalmak: sav = savany anyag

lg = keser anyag

Antoine L. Lavoisier, 1777

a savak mindig oxignt tartalmaznak (?)

= sav (grg)

'oxign' = savkpz elem

egyszer ellenplda: HCl

Humphrey Davy, 1810

megllaptotta a HCl elemi sszettelt:

a savakban csak a hidrogn a kzs elem

1887 Svante Arrhenius: Arrhenius sav-bzis elmlet

sav: olyan anyag amely vzben oldva hidrognionokat termel

HA (aq) H+ (aq) + A (aq) HA: sav

bzis: olyan anyag, amely vzben oldva hidroxidionokat termel

MOH (aq) M+ (aq) + OH (aq) MOH: bzis

Sir

Humphry Davy

(17781829)

Arrhenius-fle sav-bzis elmlet

a savak s bzisok mindig elektrolitok

ers elektrolitok: teljes disszocici ionokra ers savak s bzisok

gyenge elektrolitok: rszleges disszocici ionokra gyenge savak s bzisok

a H+ mindig vzmolekulhoz ktve ltezik H3O+

gyenge savakra s bzisokra disszocicis egyenlyi llandk definilhatk:

HA (aq) H+ (aq) + A (aq)

eq

eqeq

cK]HA[

]A[]H[

HIDROXNIUM ION

A BRNSTED-LOWRY SAV-BZIS ELMLET

a vznek nincs kzponti szerepe

Johannes Nicolaus Brnsted (18791947)

Thomas Martin Lowry

(18741936)

A BRNSTED-LOWRY SAV-BZIS ELMLET

Brnsted-Lowry sav: H+ leadsra kpes rszecske

Brnsted-Lowry bzis: H+ felvtelre kpes rszecske

HCl + H2O Cl + H3O

+

sav1 bzis2 bzis1 sav2

NH3 + H2O NH4+ + OH

bzis1 sav2 sav1 bzis2

Egy anyag soha nem sav vagy bzis nmagban, csak egy kmiai reakciban viselkedhet savknt vagy bzisknt.

A Brnsted-Lowry sav-bzis elmlet

egy sav-bzis reakci midnig:

ersebb sav + ersebb bzis gyengbb sav + gyengbb bzis

konjuglt sav-bzis prok:

HCl s Cl, NH4+ s NH3

egy sav vzben trtn disszocicijra jellemz egyenslyi lland = savi disszocicis lland, a sav erssgnek mrtke

HA + H2O H3O+ + A

]HA[

]A][H[ dK

A vz kimarad, mert nem oldott anyag.

HClO4 ClO4

HCl Cl

H2SO4 HSO4

HNO3 NO3

H3O+ H2O

HSO4 SO4

2

H3PO4 H2PO4

HNO2 NO2

HF F

CH3COOH CH3COO

H2CO3 HCO3

H2S HS

NH4+ NH3

HCN CN

HCO3 CO3

2

H2O OH

NH3 NH2

ersebb savak

ersebb bzisok

ers savak

gyenge

savak

nagyon

gyenge

bzisok

gyenge

bzisok

ers bzis nagyon gyenge sav

A VZ DISSZOCICIJA

H2O + H2O OH + H3O

+

sav1 bzis2 bzis1 sav2

Ez a reakci mindig egyenslyban van, amikor a vz az oldszer. Az egyenslyi lland:

Kw = [OH][H3O

+] = 1,0 1014 M2 25 C-on

(Kw: a vz ionszorzata)

Tiszta vz

[OH] = [H3O+] = (1,0 1014 M2) = 1,0 107 M

Oldatok:

nemcsak vz van jelen, hanem ms anyag is

ltalban [OH] [H3O+]

[H3O+] > [OH] savas oldat

[H3O+] = [OH] semleges oldat

[H3O+] < [OH] lgos oldat

25 C-on

[H3O+] > 1,0 107 M

[H3O+] = 1,0 107 M

[H3O+] < 1,0 107 M

A pH defincija Sren Peder Lauritz Srensen (farncia) 'puissance d'hydrogne' = hidrogn-egytthat vagy (latin) pondus Hydrogenii

vagy (latin) potentia hydrogenii

pH = log[H3O+]

pH < 7 savas oldat

pH = 7 semleges oldat

pH > 7 lgos oldat

25 C-on

(18681939)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

pH

1,0 mol/dm3 ssav 1,0 mol/dm3 ntronlg

tiszta vz

citroml vrsbor

Coca-Cola szdabikarbna

szalmikszesz

esvz

savas es

gyomor-

sav

vr

Kw Semleges pH

15 C 5,81015 7,12

20 C 8,61015 7,03

25 C 1,271014 6,95

30 C 1,891014 6,86

40 C 3,81014 6,71

50 C 5,61014 6,63

60 C 1,261013 6,45

70 C 2,11013 6,34

SAV-BZIS INDIKTOROK

HIn + H2O In + H3O

+

A szn B szn

Indiktor: Nagy szerves molekula, amely gyenge sav, a savi s a bzisos forma szne klnbz.

Plda: metilnarancs, metilvrs, fenolftalein

brmkrezolzld, klrofenolvrs, fenolvrs, alizarinsrga, ....

Klnbz indiktorok klnbz pH-n vltanak sznt.

UNIVERZLIS indiktor: klnbz indiktorok keverke

pH = 3-4 pH = 4-5 pH = 9-10

TERMSZETES INDIKTOROK

Ltezik negatv pH?

Mirt van a reklmokban pH 5.5 semlegesknt?

Igen: pl. 2 M HCl

Nhny savas bnyavz pH-ja 1 krl.

1. A testhmrsklet 37 C krl van

2. Ez a pH brsemleges = a brvel azonos

A br kmiai rtelemben enyhn savas.

A reklm ksztit nem rdekli a magyar helyesrs.

Ers savak pH-ja

HCl + H2O Cl + H3O

+

Ers sav = ers elektrolit = gyakorlatilag teljes disszocici

cHCl : analitikai koncentrci = a disszocici eltti koncentrci

[Cl]eq = [H3O+]eq = cHCl pH = log cHCl

cHCl = 1,0 M [H3O+]eq = 1,0 M pH = 0,0

cHCl = 0,10 M [H3O+]eq = 0,1 M pH = 1,0

cHCl = 0,010 M [H3O+]eq = 0,010 M pH = 2,0

cHCl = 1,0 103 M [H3O

+]eq = 1,0 103 M pH = 3,0

Ers bzisok pH-ja

NaOH OH + Na+

Ers bzis = ers elektrolit = gyakorlatilag teljes disszocici

cNaOH : analitikai koncentrci

[OH]eq = [Na+]eq = cNaOH [H3O

+] = Kw/[OH]eq

pH = 14 + log cNaOH (25 C-on)

cNaOH = 1,0 M pH = 14,0

cNaOH = 0,10 M pH = 13,0

cNaOH = 0,010 M pH = 12,0

cNaOH = 1,0 103 M pH = 11,0

CaO + H2O Ca2+ + 2OH

[OH]eq = 2 [Ca2+]eq = 2 cCaO [H3O

+]eq = Kw/[OH]eq

pH = log (Kw/[OH]eq) = log Kw + log 2 + log cCaO

pH = 14,30 + log cCaO (25 C-on)

cCaO = 0,10 M pH = 13,3

cCaO = 0,010 M pH = 12,3

cCaO = 1,0 103 M pH = 11,3

Ers bzisok pH-ja

Gyenge savak pH-ja

CH3COOH + H2O CH3COO + H3O

+

Ka: savi disszocicis lland

ca: a CH3COOH analitikai koncentrcija

ca = [CH3COOH] + [CH3COO]

[H3O+] = [CH3COO

]

: disszocicifok 0 1

M108,1]COOHCH[

]COOCH][OH[ 5

3

33a

K

]COOCH[]COOHCH[

]COOCH[ ]COOCH[

33

3

a

3

c

msodfok egyenlet: 2ca = Ka Ka

M108,11]COOHCH[

]COOCH][OH[ 52

3

33

aa

cK

a

aa

2

aa

2

4

c

cKKK

ca = 1,0 M = 0,0042 [H3O+] = 0,0042 M pH = 2,37

ca = 0,10 M = 0,0133 [H3O+] = 0,00133 M pH = 2,88

ca = 0,010 M = 0,0415 [H3O+] = 0,000415 M pH = 3,38

ca = 0,0010 M = 0,1255 [H3O+] = 0,000125 M pH = 3,90

Gyenge bzisok pH-ja

NH3 + H2O NH4+ + OH

Kb: bzisos disszocicis lland

cb: az NH3 analitikai koncentrcija

M 1075,1]NH[

]OH][NH[ 5

3

4b

K

]NH[]NH[

]NH[ ]NH[

43

4

b

4

c

teljes analgia a gyenge savakkal

msodfok egyenlet: 2cb = Kb Kb

M1075,11]NH[

]OH][NH[ 52

3

4

bb

cK

b

bb

2

bb

2

4

c

cKKK

cb = 1,0 M pH = 11,62

cb = 0,10 M pH = 11,12

cb = 0,010 M pH = 10,61

cb = 0,0010 M pH = 10,09

Gyenge savak pKa-ja s gyenge bzisok pKb-je

p: egy szm 10-es alap negatv logaritmusa

pKa = logKa a sav pKa-ja

pl. ecetsav Ka = 1,8 105 M pKa = 4,74

pKb = logKb a bzis pKb-je

pl. ammnia Kb = 1,75 105 M pKb = 4,76

Konjuglt sav-bzis prok

NH3 + H2O NH4+ + OH

]NH[

]OH][NH[

3

4b

K

NH4+ + H2O NH3 + H3O

+

]NH[

]OH][NH[

4

33a

K

wKKK

]OH][OH[]NH[

]OH][NH[

]NH[

]OH][NH[3

4

33

3

4ab

pKa + pKb = pKw

Tbbrtk savak

H2CO3 + H2O HCO3 + H3O

+

M 103,4]COH[

]HCO][OH[ 7

32

33a1

K

H2CO3: sznsav, ktrtk sav, kt klnll savi disszocicis lland

HCO3 + H2O CO3

2 + H3O+

M 106,5]HCO[

]CO][OH[ 11

3

2

33a2

K

pKa1 = 6,37

pKa2 = 10,25

Tbbrtk savak

Nv / Kplet pKa1 pKa2 pKa3

Sznsav

H2CO3 6,37 10,25

Foszforsav

H3PO4 2,12 7,21 12,32

Knsav

H2SO4 ers 1,92

Knessav

H2SO3 1,82 7,20

Sk sav-bzis tulajdonsgai

NaCl: ntrium-klorid, a vizes oldat semleges

NH4Cl: ammnium-klorid, a vizes oldat savas

NaCH3COO: ntrium-acett, a vizes oldat lgos

NH4Cl (s) NH4+ (aq) + Cl (aq)

NaCH3COO (s) Na+ (aq) + CH3COO

(aq)

gyenge sav

gyenge bzis

ers sav + ers bzis semleges oldat

ers sav + gyenge bzis gyengn savas oldat

gyenge sav + ers bzis gyengn lgos oldat

ltalnos szably:

Sk sav-bzis tulajdonsgai

Eloszlsgrbk

Egyenslyi sszettelt jellemz brk:

x-tengely: pH vagy ms egyenslyi vagy analitikai koncentrci

y-tengely: egyenslyi koncentrcik vagy mltrtek

az egyenslyi sszettel leolvashat egy paramter vltozsnak fggvnyben

nemcsak sav-bzis, hanem egyb egyenslyokra is felrajzolhat (pl. komplexkpzds)

Eloszlsgrbk

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13pH

m

lt

rt

CH3COOH

4,74

CH3COO

ecetsav

Eloszlsgrbk

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13pH

m

lt

rt

NH3

9,24

NH4+

ammnia

Eloszlsgrbk

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13pH

m

lt

rt

H2CO3 HCO3 CO3

2

sznsav

Eloszlsgrbk

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13pH

m

lt

rt

H3cit

H2cit Hcit2

citromsav

cit3

Kulcsfogalmak

Arhhenius sav-bzis elmlet = Arrhenius acid-base concept

Brnsted-Lowry sav-bzis elmlet = Brnsted-Lowry acid-base concept

vzionszorzat = ionic product of water

eloszlsgrbe = distribution curve

savas = acidic lgos = basic semleges = neutral

s = salt tbbrtk sav = polyprotic acid

konjuglt sav = conjugate acid

konjuglt bzis = conjugate base

savi disszocicis lland = acid dissociation constant

bzisos disszocicis lland = base dissociation constant

Pufferoldatok

vz vagy egyszer sk oldata:

kis mennyisg sav vagy lg hozzadsa nagy pH-vltozst eredmnyez

Biolgiai rendszerek, ipari folyamatok:

Gyakran nagyon fontos az oldatok pH-jnak lland rtken tartsa.

Pufferoldatok:

olyan oldat, amely pH-jt nehz megvltoztatni olyan oldat, amelynek a pH-ja nem rzkeny hgtsra, ers sav vagy ers bzis hozzadsra

Pufferoldatok

CH3COOH CH3COO

HCO3 CO3

2

H2PO4 HPO4

2

NH4+ NH3

A legegyszerbb pufferoldatok:

GYENGE SAV + KONJUGLT BZIS

NH4+/NH3 puffer:

savhozzads NH3 + H3O+ NH4

+ + H2O

lghozzads NH4+ + OH NH3 + H2O

OH fogysa

H3O+ fogysa

Pufferoldatok pH-ja

HendersonHasselbach-egyenlet:

a pH kiszmtsa a gyenge sav pKa-ja, a savi s a bzisos forma koncentrcija alapjn

]Sav[

]Bzis[ logppH a K

0,10 M CH3COOH / 0,10 M NaCH3COO puffer

pKa (ecetsav) = 4,74 [Bzis] = [CH3COO] = 0,10 M

[Sav] = [CH3COOH] = 0,10 M pH = 4,74

0,10 M NH3 / 0,05 M NH4Cl buffer

pKa (ammniumion) = 9,24 [Bzis] = [NH3] = 0,10 M

[Sav] = [NH4+] = 0,05 M pH = 9,54

Lawrence Joseph

Henderson (18781942 Karl Albert Hasselbalch

(18741962)

Pufferoldatok pH-ja

HendersonHasselbach-egyenlet:

]Sav[

]Bzis[ logppH a K

Pufferkapacits

Ugyanarra a fogalomra klnbz defincik

1. ltalnos definci (nem kvantitatv): sav vagy bzis mennyisge, amelyet egy adott pufferoldathoz a pH jelents megvltozsa nlkl hozz lehet adni

viszonylag nagy/kicsi pufferkapacits

2. Kvantitatv definci: ers sav vagy ers bzis azon mennyisge, amely a puffer 1,00 dm3-nek pH-jban 1,00 egysgnyi vltozst okoz

egy oldat kvantitatv pufferkapacitsa ltalban klnbz savra s bzisra nzve

Titrlsi grbk: ers sav ers bzis

NaOH + HCl NaCl + H2O

Egy HCl-mintt (trfogat: Va, koncentrci: ca) titrlunk NaOH-oldattal (koncentrci: cb). Titrlsi grbe: pH a hozzadott mroldat trfogatnak fggvnyben (Vb).

a vgpont eltt: HCl-felesleg

ba

bbaa logpHVV

cVcV

ba

aabb logppHVV

cVcVKw

vgpont: semleges oldat pH = 7,00

a vgpont utn: NaOH-flsleg

0

7

14

0 50 100 150 200

V (a vgpont %-a)

pH

ers sav ers bzis

vgpont

Titrlsi grbk: gyenge sav ers bzis

CH3COOH + NaOH NaCH3COO + H2O

a vgpont eltt: puffer

bbaa

bba

logppH

cVcV

cVK

ba

aabb logppHVV

cVcVKw

vgpont: gyenge bzis

a vgpont utn: a NaOH feleslege

kezdpont: gyenge sav aacKlogpH

)(logppH

baa

baww

ccK

ccKK

0

7

14

0 50 100 150 200

V (a vgpont %-a)

pH

gyenge sav ers bzis

vgpont

Ka = 1,8 105 M

Ka = 4,5 104 M

Ka = 3,5 108 M

Olddsi egyensly

AgCl (s) Ag+ (aq) + Cl (aq)

Ksp = [Ag+][Cl]

CaF2 (s) Ca2+ (aq) + 2 F (aq)

Ksp = [Ca2+][F]2

MmXx (s) m Mn+ (aq) + x Xy (aq)

Ksp = [Mn+]m[Xy]x

Ksp: oldhatsgi szorzat

Oldhatsgi szorzatok

Nv Kplet Ksp

Alumnium-hidroxid Al(OH)3 1,9 1033 M4

Brium-karbont BaCO3 2,6 109 M2

Kalcium-karbont CaCO3 5,0 109 M2

Kalcium-fluorid CaF2 1,5 1010 M3

lom(II)-klorid PbCl2 1,2 105 M3

lom(II)-kromt PbCrO4 2,8 1013 M2

Ezst(I)-klorid AgCl 1,8 1010 M2

Ezst(I)-szulft Ag2SO4 1,2 105 M3

Oldhatsg s oldhatsgi szorzat

Ksp oldhatsgi szorzat: egyenslyi lland, amely az olddsi egyenslyra adott hmrskleten brmilyen kzegben jellemz

S oldhatsg: egy adott kzegben a teltett oldat koncentrcija

AgCl tiszta vzben:

[Ag+] = [Cl] = S Ksp = S2

S = (1,8 1010 M2) = 1,3 105 M

AgCl 0,10 M NaCl-ban:

[Ag+] = S [Cl] = 0,10 M Ksp = S 0,10 M

S = (1,8 1010 M2) / 0,10 M = 1,8 109 M

sajtionhats

Lewis-fle sav-bzis elmlet

1923:

A hidrognionoktl fggetlen sav-bzis elmlet.

Gilbert Newton Lewis

(18751946)

Lewis-fle sav-bzis elmlet

A hidrogn elemtl fggetlen sav-bzis elmlet.

Lnyeges rszecske:ELEKTRON!

SAV: elektronpr-akceptor rszecske (molekula vagy ion)

BZIS: elektronprdonor rszecske (mokekula vagy ion)

:NH3 + H+ [H:NH3]

+ (NH4+)

Lewis-bzis Lewis-sav

:NH3 + BF3 BF3NH3 Lewis-bzis Lewis-sav

Komplexkpzds

egy fmion (Lewis-sav) reakcija egy vagy tbb ligandummal (Lewis-bzis)

Al3+ + 6 H2O [Al(H2O)6]3+

Cu2+ + 4 NH3 [Cu(NH3)4]2+

Ag+ + 2 S2O32 [Ag(S2O3)2]

3

fmkomplex koordincis vegylet

Koordincis vegylet: olyan vegylet, amelyben egy kzponti ionhoz (atomhoz) az t krlvev molekulk koordinatv kovalens ktssel kapcsoldnak

Ligandum: a koordincis vegyletben a kzponti ionhoz (atomhoz) kapcsold molekula

Donoratom: az az atom a ligandumban, amely

kzvetlenl a kzponti ionhoz (atomhoz) kapcsoldik

Koordincis szm: egy koordincis vegyletben a kzponti iont (atomot) krlvev donoratomok szma

Koordincis geometria: a kzponti ion (atom) krl lv donoratomok trbeli elhelyezkeds, a koordincis vegylet alakja

[Al(H2O)6]3+ kzponti ion: Al3+ ligandum: H2O

donoratom: O koordincis szm: 6 geometria: oktaderes

[Zn(NH3)4]2+ kzponti ion: Zn2+ ligandum: NH3

donoratom: N koordincis szm: 4 geometria: tetraderes

[Pt(NH3)2Cl2] cisz-platin (nevezetes rkellenes szer) kzponti ion: Pt2+ ligandum: NH3 and Cl

donoratomok: N s Cl koordincis szm: 4 geometria: skngyzetes

Lpcszetes komplexkpzdsi egyenslyok

Zn2+ + NH3 [Zn(NH3)]2+

[Zn(NH3)]2+ + NH3 [Zn(NH3)2]

2+

[Zn(NH3)2]2+ + NH3 [Zn(NH3)3]

2+

[Zn(NH3)3]2+ + NH3 [Zn(NH3)4]

2+

]NH][Zn[

])Zn(NH[

3

2

2

31

K

]NH][)Zn(NH[

])Zn(NH[

3

2

3

2

232

K

]NH][)Zn(NH[

])Zn(NH[

3

3

23

2

333

K

]NH][)Zn(NH[

])Zn(NH[

3

3

33

2

434

K

egyenslyi llandk:

lpcszetes komplex-kpzdsi llandk

Zn2+ + NH3 [Zn(NH3)]2+

Zn2+ + 2 NH3 [Zn(NH3)2]2+

Zn2+ + 3 NH3 [Zn(NH3)3]2+

Zn2+ + 4 NH3 [Zn(NH3)4]2+

1

3

2

2

31

]NH][Zn[

])Zn(NH[ K

212

3

2

2

232

]NH][Zn[

])Zn(NH[ KK

3213

3

2

2

333

]NH][Zn[

])Zn(NH[ KKK

43214

3

2

2

434

]NH][Zn[

])Zn(NH[ KKKK

egyenslyi llandk:

stabilitsi szorzatok

Lpcszetes komplexkpzdsi egyenslyok Eloszlsgrbk

Al3+ + F AlF2+ log = 7,0

Al3+ + 2F AlF2+ log = 12,7

Al3+ + 3F AlF3 log = 16,8

Al3+ + 4F AlF4 log = 19,4

Al3+ + 5F AlF52 log = 19,4

Al3+ + 6F AlF63 log = 19,8

Eloszlsgrbk

1.0E-08

1.0E-06

1.0E-04

1.0E-02

1.0E+00

0.0001 0.001 0.01 0.1 1cfluorid (M)

ko

ncen

trci

(M

)

AlF63

AlF52

AlF4

F

Al3+

AlF3

AlF2+

AlF2+

calumnium = 0,001 M

Eloszlsgrbk

1.0E-08

1.0E-07

1.0E-06

1.0E-05

1.0E-04

1.0E-03

1.0E-08 1.0E-06 1.0E-04 1.0E-02 1.0E+00

[F-] (M)

ko

ncen

trci

(M

)

AlF63

AlF52

AlF4

Al3+

AlF3 AlF2+

AlF2+

Zn2+ + NH3 Zn(NH3)2+ log = 2,21

Zn2+ + 2 NH3 Zn(NH3)22+ log = 4,50

Zn2+ + 3 NH3 Zn(NH3)32+ log = 6,86

Zn2+ + 4 NH3 Zn(NH3)42+ log = 8,89

Eloszlsgrbk

Zn2+ + OH Zn(OH)+ log = 5,04

Zn2+ + 2 OH Zn(OH)2 log = 11,10

Zn2+ + 3 OH Zn(OH)3 log = 13,60

Zn2+ + 4 OH Zn(OH)42 log = 14,80

ZnO + H2O Zn2+ + 2 OH log Ksp = 16,86

H+ + NH3 NH4+ log = 9,24

H2O H+ + OH log Kw = 14,00

Eloszlsgrbk

1.0E-05

1.0E-04

1.0E-03

4 6 8 10 12 14pH

ko

ncen

trci

(M

)

Zn2+

Zn(NH3)2+

Zn(NH3)22+

Zn(NH3)32+

Zn(NH3)42+

Zn(OH)42

ZnO

Zn(OH)32

ccink = 0,001 M

Egyensly s termodinamika

egyenslyi llandk termodinamikai informci (ms: pl. kinetikai informci)

Az egyenslyi llandk soha nem tartalmaznak informcit az egyensly bellthoz szksges idrl.

A termodinamikai fggvnyek (szabadentalpia) s az egyenslyi llandk kztti kapcsolat:

G = RT lnKc

Kulcsfogalmak puffer = buffer pufferkapacits = buffer capacity

titrls = titration titrlsi grbe = titration curve

vgpont = end point oldhatsg = solubility

oldhatsgi szorzat = solubility product

Lewis-fle sav-bzis elmlet = Lewis acid-base theory

Lewis-sav = Lewis acid Lewis-bzis = Lewis base

komplexkpzds = complex formation

koordincis vegylet = coordination compound

kzponti ion = central ion donoratom = donor atom

ligandum = ligand koordincis szm = coordination number

lpcszetes komplexkpzds = stepwise complex formation

stabilitsi szorzat = stability product