Henderson-Hasselbach ekvationen
description
Transcript of Henderson-Hasselbach ekvationen
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
Henderson-Hasselbach ekvationen
OBS! Gäller då [syra] och [bas] >> [OH-], [H3O+]
pH = pKa – log [HA][A-]
HÄRLEDNING:
HA(aq) + H2O(l) A-(aq) + H3O+ (aq)
[A-(aq) ][H3O+ (aq)] [HA(aq) ]
[H3O+ (aq)] = Ka -log [H3O+ (aq)] = -log Ka - log
Ka =
[HA(aq) ][A-(aq) ]
[HA(aq) ][A-(aq) ]
pH pKa
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
12.3 Buffertcapacitet
Bra buffertkapacitet kräver att både syra- och basformfinns i lösning i relativt lika andelar.
Gränsen för buffertcapacitet går vid 10:1-förhållande, för [syra]:[bas] vid lägre pH-gränsen och 1:10 för den övre.
FRÅGA: Vad innebär detta för pH?
HA A-
50% 50%
pH = pKa
Ideal buffert
pH = pKa – log = pKa – 1 – log 10 [HA]
[A-][HA][A-]
pH = pKa – log = pKa + 1 – log [HA]10 [A-]
[HA][A-]
pKa – 1 < BRA BUFFERT pH < pKa + 1
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
12.4 Titreringstyp: stark syra – stark bas
REAKTION
H3O+ + OH- 2 H2O
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
12.5 Titreringstyp: svag syra – stark bas
SVAG SYRA med STARK BAS
Neutralisation av syran
Bildning av STARK BAS
Förväntat pH vid ekvivalenspunkten:BASISKT
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
12.5. Titreringstyp: svag bas – stark syra
SVAG BAS med STARK SYRA
Neutralisation av basen
Bildning av STARK SYRA
Förväntat pH vid ekvivalenspunkten:SURT
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
JV FLS 2(3)
KEM A02Allmän- och oorganisk kemi
JÄMVIKT i LÖSNINGA: Kap 12
Föreläsning 2(3)
mer pH, indikatorer och löslighetsprodukt
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
3 NYCKELSAMBANDatt veta hur & när man använder
pH & pOHpH = 14 – pOH
1-protonig syrapKa = 14 – pKb
2-protonig syrapKa1 = 14 – pKb2
pKa2 = 14 – pKb1
3-protonig syrapKa1 = 14 – pKb3
pKa2 = 14 – pKb2
pKa3= 14 – pKb1
HA (aq) A-(aq)
H2A (aq) HA-(aq) A2-(aq)
H3A (aq) H2A-(aq) HA2-(aq) A3-(aq)
H2O H3O+
OH- H2O
H2O H3O+
OH- H2O
H2O H3O+
OH- H2O
H2O H3O+
OH- H2O
H2O H3O+
OH- H2O
H2O H3O+
OH- H2O
Ka
KbKa1
Kb2
Ka2
Kb1
Ka2
Kb2
Ka3
Kb1
Ka1
Kb3
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
Vad är en indikator?
INDIKATOR:Ett syra/bas par där de två formerna har olika färg!
REAKTION:
HIn(aq) + H2O In-(aq) + H3O+(aq)
Ka, Hin =
Ka, HIn
svag syra stark bas
[In-(aq)][H3O+(aq)][HIn(aq)]
Omslag då [In-(aq)] : [HIn(aq)] = 1:1 Ka, Hin = [H3O+(aq)] pKa, Hi = pH
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
12.7 Stökiometri och titrering av polyprotolyter
4.72; pH = ½(pKa1 + pKa2)
9.94 ; pH = ½(pKa2 + pKa3)
H3PO4
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
LÖSLIGHETSJÄMVIKTER
Salter – en kombination av katjoner och anjoner – kan varamycket olika lösliga i vatten!
NaCl – ”salt”mkt lättlösligt
“…. A barium sulphate suspension in water is the universal contrast medium used for examination of the upper gastrointestinal tract.”
KÄLLA: http://www.e-radiography.net/contrast_media/contrast_media_introduction.htm
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
Löslighetsjämvikter & biorelevans
TYPISKA OMRÅDEN & FRÅGESTÄLLNINGAR:några exempel... det finns mycket mer!
VattenkvalitetFe(II/III), Cr(III-VII), Pb(II), Al(III)
”Bioavailability” av spårmetallerCu(II), Ni(II), Mn(II)
Läckage av metalljoner från gruvmiljö/deponierFe(II/III), Ni(II/III), Pb(II/IV),Hg(I/II), Ag(I), Au(III/I)
ToxicitetFe(II/III), Ni(II/III), Pb(II/IV),Hg(I/II), Ag(I), Cd(II)
FunktionNa(I), K(I)
Metallothioniner är svavel-innehållande protein som används
för att transporteratex Cu(II) och Hg(II).
Ksp (CuS) = 1.3 E-36*Ksp (HgS) = 1E-53*
*dvs mkt liten tendens till frisläppning av M(II) – mer om detta senare!
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
12.8 Löslighetsprodukt
BEGREPP:
Löslighetsprodukt – ett mått på löslighetenen jämvikt som alla andra!
EXEMPEL:
Upplösning av Bi2S3(s)
Bi2S3(s) 2 Bi3+(aq) + 3 S2-(aq) Ksp
Ksp = a(Bi3+(aq))2 a(S2-(aq))3
Ksp = [Bi3+(aq)]2 [S2-(aq)]3
Ksp litet för svårlösliga salter; Ksp (Bi2S3(s)) = 1.0E-97 M4
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
JÄMVIKT i LÖSNINGA: Kap 12
Föreläsning 3(3)
mer löslighetsprodukt!
JV FLS 3(3)
KEM A02Allmän- och oorganisk kemi
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
Repetition
Henderson-Hasselbach ekvationen för beräkning av pH i ”buffert”- OK att använda- viktigast att förstå när den är applicerbar- egentligen helt onödig! Buffertkapacitet -bra pH område ca ; pKa – 1 < pH < pKa + 1
Utseende titrerkurva- Stark syra + stark bas; ekvivalenspunkt vid pH = 7- Svag syra + stark bas; ekvivalenspunkt vid pH > 7 (stark bas genereras)- Svag bas + stark syra; ekvivalenspunkt vid pH < 7 (stark syra genereras)- Titrerkurva polyprotolyter; H2SO4, H2SO3, H2CO3, H3PO4 + stark bas (OH-)
Indikatorer- Funktion och använding (varför fungerar de? Matchning av indikator titrering)
Löslighetsprodukt – mer om detta idag!
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
12.9 ”The common ion effect”vad heter detta på svenska?
BAKGRUND Många metalljoner bildar hydroxider vid pH 7 som faller ut.Den fria metalljonhalten bestäms av löslighetsprodukten, Ksp
REAKTION – exempel Al3+ ETT RIKTIGT EXEMPEL (oktober 2010)
Al3+(aq) + H2O Al(OH)3(s) + 3H+ (HR bara i sur miljö!)
ÖVER pH ca 7.5 beskrivs detta bäst av reaktionen:
Al(OH)3(s) Al3+(aq) + 3 OH-(aq) Ksp= 1.0E-33 Tabell 12.4
a=1 s 3s
Uppskattning av ca halt Al3+ över Al(OH)3(s): s(3s)3 = Ksp s = 2.5E-9 M (OBS! Ej HR heller...)
FRÅGA: Kan man sänka halten Al3+(aq) ytterligare?
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
Strategi för sänkning av metalljonhalt
TILLSATS AV MER OH- SKJUTER JÄMVIKTEN ÅT VÄNSTER (reaktanter)
BERÄKNING för olika [OH-]
Al(OH)3(s) Al3+(aq) + 3 OH-(aq) Ksp= 1.0E-33 Tabell 12.4 a = 1 s [OH-] Generellt uttryck för Ksp: Ksp = s[OH-]3
[OH-] Ksp s = [Al3+(aq)]
1E-7 s(1E-7)3 1.0E-120.1 s(0.1)3 1.0E-301.0 s(1.0)3 1.0E-33 4.0 s(4.0)3 1.5E-35
SLUTSATS:Förvaring i basisk miljö
minimerar Al3+(aq) MEN!
Det blir problemdå det läcker ut och pH
stiger!
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
Vad finns mer i rödslam?bildas vid framställing av Al(s)
Bauxiten består av aluminiumoxid och aluminiumhydroxid, men även järnmineral*,
titanoxider** och aluminiumsilikater***.[1]
*Sannolikt Fe(OH)3(s) dvs rost!** Tex TiO, – vitt pigment som används i färg
*** Silikater SiO2 – vanlig sand
[1] KÄLLA: Jernkontorets forskning; Rapport nr D182, 2004-08-16U Lindunger & E Stark
VAD ÄR FARLIGT?!
OH-(aq)pga det höga koncentrationenNaOH/KOH täcker sannolikt torra partiklar- Tungmetaller kan inte uteslutas; ex) Hg, Cr, As- Partiklar
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
Beräkna effekten av ”utsaltning”
EXEMPEL 12.9 Beräkna lösligheten av AgCl(s) i NaCl(aq)
VAD VÄNTAR VI OSS? !
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
12.10 Utfällningar
PROBLEM:
Analys av lösningar med flera metalljoner
STRATEGI:
Fäll ut metaljonerna selektivt tex vid olika pH och/eller tillsatser analys av färre metaljoner åt gången
Ni2+(aq)
Ag+ (aq)
+ OH-
Fe(OH) 2(s)
Fe2+(aq) Ni2+(aq)
Ag+ (aq)
+ OH-
Ni(OH)2(s)
Ag+ (aq)
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
Hur vet man att ”allt” faller ut och rätt jon finns i lösning?
Ni2+(aq)
Ag+ (aq)
+ OH-
Fe(OH)2(s)
Fe2+(aq) Ni2+(aq)
Ag+ (aq)
+ OH-
Ni(OH)2(s)
Ag+ (aq)
SVAR:Löslighetskonstanterna bestämmer!
REDKAP: Fällning bildas då Q* > Ksp
* För upplösning av salt M(OH)n är Q = [Mn+]start([OH] start)n
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
Blandning av 2 lösningar – vad faller ut?
EXEMPEL 12.10 Faller något ut om lika volymer
0.2 M Pb(NO3)2(aq) och KI(aq) blandas?
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
12.11 Selektiv utfällning
Användning av Ksp för att förutsäga i vilken ordning salter faller ut
EXEMPEL 12.11 Utfällning av Mg2+ och Ca2+ ur havsvatten
m.hj.a. fast NaOH(s)
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
12.12 Att lösa upp utfällningar
Ni2+(aq)
Ag+ (aq)
+ OH-
Fe(OH)2(s)
Fe2+(aq) Ni2+(aq)
Ag+ (aq)
+ OH-
Ni(OH)2(s)
Ag+ (aq)
Måste lösas upp innan analys
STRATEGI:Manipulering av jämviktsläget
Ni(OH)2(s) Ni2+(aq) + 2 OH-+
H3O+
2 H2O
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
Strategierexempel olika salter
HYDROXIDER – tillsats av syra
Ex) Ni(OH)2(s) Ni2+(aq) + 2 OH- (aq)
OH- + H3O+ 2 H2O
KARBONATER – tillsats av syra
Ex) ZnCO3(s) Zn2+(aq) + CO32- (aq)
CO32- + 2 H3O+ H2CO3
SULFIDER – tillsats av oxiderande syra
Ex) CuS(s) Cu2+ (aq) + S2- (aq)
3 S2- + 8 HNO3 2 S(s) + 2 NO(g) + 4 H2O(l) + 6 NO3-
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
12.13 Komplexbildning
Ytterligare en strategi för upplösning av svårlösliga salterSPECIELLT LÄMPLIG FÖR ÖVERGÅNGSMETALLERNA!
Fenomen: ”Maskering av metalljoner”
AgCl(s) Ag+(aq) + Cl- (aq)
Ag+(aq) + 2 NH3 (aq) Ag(NH3)2+(aq)
Ag+
Ag+
EXEMPEL 12.12: Hur mycket AgCl(s) löses i 0.1 M NH3 ?
KEMA02/ © Sofi Elmroth 2010
12.14 Kvalitativ analys
PROBLEM: Komplexa provblandingar svåranalyserade
STRATEGI: Separera h.hj.a selektiv utfällningstandardiserade metoder finns med protokoll!
SUR
SUR
BASISK
+ HCl(aq)
Hg2Cl2
PbCl2
AgCl
Sb2S3
Bi2S3
HgS, CuS, CdS
ZnS, NiSFeS, MnS
+ H2S(g) + NH3(aq)
Dekanteraovanlösningen
Dekanteraovanlösningen