6 kiseline baze soli 1 dio
DESCRIPTION
kemijaTRANSCRIPT
1
2
3
KISELINE,KISELINE, BAZE, BAZE, SOLISOLI
4
KISELINEKISELINE II BAZE BAZE
5
DEFINICIJE (TEORIJE)DEFINICIJE (TEORIJE)
KISELINA I BAZAKISELINA I BAZA
6
1.) ArrheniusovaArrheniusova definicija kiselina i baza definicija kiselina i baza(“teorija elektrolitičke disocijacije”) temelji se na disocijaciji vode:
H O H + OH2+ _
KISELINE – tvari koje otapanjem u vodi povećavaju koncentraciju oksonijevih iona
(H3O+)
BAZE – tvari koje otapanjem u vodi povećavaju koncentraciju hidroksidnih (OH−) iona
Svante Arrhenius (1859.-1927.), švedski kemičar, Nobelova nagrada 1903.
“Teorija elektrolitičke disocijacije” – 1887.g.
Definicije kiselina i baza
7
Definicije kiselina i baza
8
2.) BrBrøønsted-Lowryjevansted-Lowryjeva definicija kiselina i baza definicija kiselina i baza(“teorija protolitičke disocijacije”)
KISELINE – donori protona
BAZE – akceptori protona
Johannes Nicolaus Brønsted (1879.-1947.), danski kemičar
Thomas Martin Lowry (1874.-1936.), britanski kemičar
Definicije kiselina i baza
Teorija protolitičke disocijacije – 1923.g.
9
Definicije kiselina i baza
10
Definicije kiselina i baza
11
– prednost Brønsted-Lowryjeve definicije u odnosu na Arrheniusovu →
→ tumačenje protonskih reakcija u nevodenom mediju:NH4Cl(am) + NaNH2(am) NaCl(am) + 2 NH3(l) K B sol otapalo
Definicije kiselina i baza
12
3.) LewisovaLewisova definicija kiselina i baza definicija kiselina i baza
KISELINE – molekule ili ioni koji mogu primiti elektronski par od nekog drugog atoma
akceptori elektrona
BAZE → donori elektrona
Gilbert Newton Lewis (1875.-1946.), američki kemičar
Teorija kiselina i baza – 1938.g.
Definicije kiselina i baza
13
Definicije kiselina i baza
BAZA KISELINA
N +
H
H
H
B H
H
H
N
H
H
H
B H
H
H
..
koordinativna veza
14
4.) Cady-Elseyeva teorija otapala (1928.)Kiselina – tvar koja proizvodi pozitivne ione otapalaBaza – tvar koja proizvodi negativne ione otapala
2 H2O H3O+ + OH–
2 NH3 NH4+ + NH2
–
Još neke definicije Još neke definicije kiselina i bazakiselina i baza
Definicije kiselina i baza
5.) Usanovičeva teorija (1939.)“Kiselina je bilo koja kemijska vrsta koja reagira s bazama, otpušta katione ili prima anione ili elektrone i obrnuto, baza je bilo koja kemijska vrsta koja reagira s kiselinama, otpušta anione ili elektrone ili se kombinira s kationima.”
→ → obuhvaća i redoks proceseobuhvaća i redoks procese
15
6.) Lux-Floodova definicija (1939., 1947.)Kiselina – akceptor oksidaBaza – donor oksidaCaO + SiO2 CaSiO3
CaO + CO2 CaCO3
B K → tumači reakcije koje se odvijaju bez otapala (npr. u taljevini)
Definicije kiselina i baza
16
5.) Pearsonova teorija (1960.-ih) tvrdih i mekih kiselina i baza (HSAB – engl. hard and soft acids and bases)
“Tvrda kiselina preferira reagirati s tvrdom bazom, meka kiselina preferira reagirati s mekom bazom.”
– zasniva se na nekoliko fizikalno-kemijskih parametara prema kojima se atomi, molekule, odn. ioni razlikuju kao tvrde ili meke kiseline ili baze
17
KOJE TVARI SUKOJE TVARI SU
(ARRHENIUSOVE)(ARRHENIUSOVE)
KISELINE ?KISELINE ?
18
1. Kovalentni spojevi bez kisika a) kovalentni hidridi b) kovalentni spojevi bez kisika (koji se
ne ubrajaju u hidride)
2. Oksokiseline
3. Karboksilne kiseline
Koje tvari su (Arrheniusove) kiseline?
− orijentacijska podjela:
19
1. Kovalentni spojevi bez kisika
a) kovalentni hidridi
Formula i naziv kov. hidrida
Formula i naziv odgovarajuće kiseline
HF(g) – fluorovodik HF(aq) – fluorovodična kiselinaHCl(g) – klorovodik HCl(aq) – klorovodična kiselinaHBr(g) – bromovodik HBr(aq) – bromovodična kiselinaHI(g) – jodovodik HI(aq) – jodovodična kiselinaH2S(g) – sumporovodik H2S(aq) – sumporovodična kiselina
Koje tvari su (Arrheniusove) kiseline?
20
Koje tvari su (Arrheniusove) kiseline?
21
Koje tvari su (Arrheniusove) kiseline?
22
b) još neki kovalentni spojevi bez kisika
(ne ubrajaju se u hidride)
Formula i naziv spoja Formula i naziv odgovarajuće kiseline
HCN(l) – cianovodik HCN(aq) – cianovodična kiselina
HN3(g) – dušikovodik HN3(aq) – dušikovodična kiselina
Koje tvari su (Arrheniusove) kiseline?
23
H2SO4 – sumporna kiselinaHNO3 – dušična kiselinaH3PO4 – fosforna kiselina
H3PO3 → H2PHO3 – fosforasta kiselina H3PO2 → HPH2O2 – hipofosforasta kiselina
“H2CO3” – ugljična kiselina “H2SO3” – sumporasta kiselina
itd.
2. Oksokiseline
Koje tvari su (Arrheniusove) kiseline?
24
Koje tvari su (Arrheniusove) kiseline?
25
– skraćeni zapis disocijacije (ionizacije) sumporne kiseline:
Koje tvari su (Arrheniusove) kiseline?
2
2
2
H O +2 4 4
H O + 24 4
H O + 22 4 4
( ) ( )( ) ( )
1. stupanj: H SO (l) H aq + HSO aq2. stupanj: HSO aq H aq + SO aq
sumarno: H SO (l) 2H aq + SO aq
( )
( ) ( )
26
(a) uz poštivanje valencija
Lewisove strukturne formule nekih oksokiselina
(b) uz poštivanje okteta
– sumporna kiselina, H2SO4
Koje tvari su (Arrheniusove) kiseline?
S
H
O
O
O
O H....
..
.. ..
..
..
..
S
H
O
O
O
O H.. ..
..
.. ..
..
..
....
..
_
_ 2+
27
– dušična kiselina, HNO3
+N
H
O
O
O.... ..
..
..
.... _
Koje tvari su (Arrheniusove) kiseline?
28
– neke kiseline fosfora
– fosforna kiselina, H3PO4
→ troprotonska kiselina
– fosforasta kiselina, H3PO3 → H2PHO3
→ dvoprotonska kiselina
– hipofosforasta kiselina, H3PO2 → HPH2O2
→ jednoprotonska kiselina
Koje tvari su (Arrheniusove) kiseline?
P
H
O
O
H
..
..
..
..
H
P
H
O
O
O H.. ..
..
..
..
..
H
P
H
O
O
O
O H....
.... ..
..
..
..
H
29
model molekule H3PO4
Koje tvari su (Arrheniusove) kiseline?
30
Procesi prilikom otapanja ugljikovog(IV) oksida u vodi:1.) fizičko otapanje plina u vodi:
CO2(g) CO2(aq)
2.) kemijska reakcija hidratiziranih molekula s vodom:
1. stupanj: CO2(aq) + 2 H2O(l) H3O+(aq) + HCO3(aq)
2. stupanj: HCO3(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + CO3
2(aq)
sumarno: CO2(aq) + 3 H2O(l) 2 H3O+(aq) + CO32(aq)
H O2
– H2CO3 i H2SO3 – što je to?Koje tvari su (Arrheniusove) kiseline?
31
→ dakle, nije dokazano postojanje molekula H2CO3
→ nije sasvim opravdano pisati jednadžbe disocijacije / ionizacije koje uključuju H2CO3, npr:
H2CO3(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + HCO3(aq)
i sl.
Koje tvari su (Arrheniusove) kiseline?
32
– prethodno navedeno za ugljičnu kiselinu (H2CO3), analogno vrijedi i za sumporastu kiselinu (H2SO3)
Koje tvari su (Arrheniusove) kiseline?
33
Anhidridi oksokiselina– oksidi nemetala koji u kemijskoj reakciji s vodom, kao
jedini produkt, daju odgovarajuću oksokiselinu
– središnji atom nemetala – ne mijenja oksidacijsko stanje
CO2 + H2O H2CO3
SO2 + H2O H2SO3
N2O5 + H2O 2 HNO3
P4O10 + 6 H2O 4 H3PO4
Cl2O7 + H2O 2 HClO4
Koje tvari su (Arrheniusove) kiseline?
34
3. Karboksilne kiseline
R CO
O Halkilna ili arilna skupina
karboksilna skupina
– disocijacija karboksilnih kiselina:
karboksilatni ion
R C H + O
O H+H O2
O
OR C _
Koje tvari su (Arrheniusove) kiseline?
35
– neke karboksilne kiseline:Sustavni (trivijalni)
nazivKondenzirana strukturna
formula
metanska (mravlja) kiselina HCOOHetanska (octena) kiselina CH3COOH
propanska (propionska) kiselina CH3CH2COOH
butanska (maslačna) kiselina CH3(CH2)2COOH
pentanska (valerijanska) kiselina CH3(CH2)3COOH
2-hidroksipropanska (mliječna) kiselina CH3CH(OH)COOH
benzenkarboksilna (benzojeva) kiselina C6H5COOH
2-hidroksibenzenkarboksilna (salicilna) kiselina o-HOC6H4COOH
etanska dikiselina (oksalna) kiselina HOOCCOOHpropanska dikiselina (malonska) kiselina HOOCCH2COOH
butanska dikiselina (jantarna) kiselina HOOCCH2CH2COOH
3-hidroksi-3-karboksipentanska dikiselina (limunska k.) HOOCCH2C(OH)(COOH)CH2COOH
1,2-benzendikarboksilna kiselina (ftalna kiselina) o-C6H4(COOH)2
Koje tvari su (Arrheniusove) kiseline?
36
JAKOST KISELINA JAKOST KISELINA − −
RAVNOTEŽA U VODENIM RAVNOTEŽA U VODENIM
OTOPINAMA KISELINAOTOPINAMA KISELINA
37
– neka (neodr.) monoprotonska kiselina ionizira po modelu:
HA(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + A−(aq)
→ što je ravnoteža ove reakcije više pomaknuta u smjeru produkata → kiselina je jača
Jakost kiselina
38
jake kiseline
slabe kiseline
rela
tivna
kon
cent
raci
jare
lativ
na k
once
ntra
cija
Jakost kiselina
prije disocijacije
nakon disocijacije
39
– ravnoteža* u otopini neke monoprotonske kiseline opisana je konstantom disocijacije:
*podsjetnik: HA(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + A−(aq)
– što je kiselina jača → veća je vrijednost Ka
a – od engl. acid
H O A3 + . ]
_
K =]
] HA[
[ [ a
Jakost kiselina
40
Naziv kiseline Jednadžba disocijacije Ka / mol dm−3
cianovodična kiselina HCN H+ + CN− 4,0 · 10−10
cianska kiselina HOCN H+ + OCN− 1,2 · 10−4
dušikasta kiselina HNO2 H+ + NO2− 4,5 · 10−4
dušikovodična kiselina HN3 H+ + N3− 1,9 · 10−5
fluorovodična kiselina HF H+ + F− 6,7 · 10−4
hipobromasta kiselina HBrO H+ + BrO− 2,1 · 10−9
hipoklorasta kiselina HClO H+ + ClO− 3,2 · 10−8
klorasta kiselina HClO2 H+ + ClO2− 1,1 · 10−2
– konstante disocijacije nekih monoprotonskih kiselina, pri 25 ºC
Jakost kiselina
41
– konstante disocijacije nekih poliprotonskih kiselina, pri 25 ºC:
Naziv kiseline Jednadžba disocijacije Ka / mol dm−3
fosforasta kiselina H3PO3 H+ + H2PO3−
H2PO3− H+ + HPO3
2−
1,6 · 10−2
7,0 · 10−7
fosforna kiselina H3PO4 H+ + H2PO4−
H2PO4 − H+ + HPO4
2−
HPO42− H+ + PO4
3−
7,5 · 10−3
6,9 · 10−8
1,0 · 10−12
sumporasta kiselina SO2 + H2O H+ + HSO3−
HSO3− H+ + SO3
2−
1,3 · 10−2
5,6 · 10−8
sumporna kiselina H2SO4 H+ + HSO4−
HSO4− H+ + SO4
2−
(jako dis.)1,3 · 10−2
ugljična kiselina CO2 + H2O H+ + HCO3−
HCO3− H+ + CO3
2−
4,2 · 10−7
4,8 · 10−11→ sljedeći stupanj disocijacije – slabija disocijacija nego u prethodnom
Jakost kiselina
42
– orijentacijske podjele kiselina prema jakosti, a u vezi s vrijednostima Ka:
vrlo jake: Ka ≈ 103 - 109
jake: 10−2 < Ka < 103 slabe: 10−7 < Ka < 10−2
vrlo slabe: Ka < 10−7
ili
jake: Ka > 1 (najčešće u primjeni: HClO4, HNO3, H2SO4, HCl)slabe: Ka < 1 (najčešće u primjeni: H3PO4, HF, H2S, H3BO3)
ili: jake, srednje jake i slabe
Jakost kiselina
43
Kakva je veza strukture i jakosti kiselina?Kakva je veza strukture i jakosti kiselina?
1.) kovalentni hidridi HnA−slabija kovalentna veza H A → jača kiselina
HF HCl HBr HI
energija veze H−X (kJ mol−1) 566 431 366 299
redoslijed jakosti kiselina HF << HCl < HBr < HI
− HF − slaba kiselina → zbog vodikovih veza
− pravilnost uočena kod halogenovodika (HF, HCl, HBr, HI), analogna je i u halkogenovodika (H2S, H2Se, H2Te): dakle, redoslijed jakosti ovih kiselina je: H2S < H2Se < H2Te
Jakost kiselina
44
1.) oksokiseline− visoka polarnost O H veze je jedan od uzroka kiselosti
protona u OH skupini− različita polarnost O H veze u različitim kiselinama →
razlika u jakosti tih kiselina
− u seriji oksokiselina istog središnjeg atoma nemetala − jakost kiselina raste s porastom broja kisikovih atoma, npr: HNO2 < HNO3
H2SO3 < H2SO4
HClO < HClO2 < HClO3 < HClO4
Jakost kiselina
45
→ veći broj atoma kisika na središnjem atomu nemetala → veća polarnost O H veze → jača kiselina
HClO HClO2 HClO3 HClO4
Ka / mol dm−3 2,9 · 10−8 1,12 · 10−2 ≈ 1 > 107
Jakost kiselina
46
KOJE TVARI SUKOJE TVARI SU
(ARRHENIUSOVE) (ARRHENIUSOVE)
BAZE ?BAZE ?
47
1.) Hidroksidi metala1.) Hidroksidi metala NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2
Fe(OH)3, Cr(OH)3, ...
− općenito, disocijacija hidroksida metala M u vodi:
M(OH)n(s) Mn+(aq) + n OH−(aq)H O2
Koje tvari su (Arrheniusove) baze?
48
Anhidridi hidroksida– oksidi metala koji u kemijskoj reakciji s vodom, kao
jedini produkt, daju odgovarajući hidroksid
– središnji atom metala – ne mijenja oksidacijsko stanje
Na2O + H2O 2 NaOH
CaO + H2O Ca(OH)2
Fe2O3 + 3 H2O 2 Fe(OH)3
Koje tvari su (Arrheniusove) baze?
49
2.) Kovalentni spojevi2.) Kovalentni spojevi
... koji s vodom reagiraju prema jednadžbi:
B: + H2O BH+ + OH−
→ najvažniji: amonijak (NH3) i derivati amonijaka
Koje tvari su (Arrheniusove) baze?
50
1.) fizičko otapanje plina u vodi:
NH3(g) NH3(aq)
2.) kemijska reakcija dijela hidratiziranih molekula s vodom:
NH3(aq) + 2 H2O(l) NH4+(aq) + OH−(aq)
→ molekula NH4OH − nije pronađena, dakle spoj “amonijev hidroksid” ne postoji
H O2
– Što se događa prilikom otapanja amonijaka u vodi?
Koje tvari su (Arrheniusove) baze?
51
Struktura amonijaka:
N H
H
..H
Koje tvari su (Arrheniusove) baze?
52
Neki derivati amonijaka:
hidrazin, N2H4 hidroksilamin, NH2OH
Koje tvari su (Arrheniusove) baze?
N O
H
....
H
H ..N N
H
....
H
H H
53
Neki derivati amonijaka − organski amini:
N H
H
.. CH
H
H
N H ..
CH3
CH3
3
N CH ..
CH3
CH
3
− metilamin, CH3NH2 (primarni amin)
− dimetilamin, (CH3)2NH (sekundarni amin)
− trimetilamin, (CH3)3N (tercijarni amin)
Koje tvari su (Arrheniusove) baze?
54
CH NH2 2
− anilin, C6H5NH2 2NH
− benzilamin, C6H5CH2NH2
Koje tvari su (Arrheniusove) baze?
55
JAKOST BAZA JAKOST BAZA − −
RAVNOTEŽA U VODENIM RAVNOTEŽA U VODENIM
OTOPINAMA BAZA OTOPINAMA BAZA
56
1.) Hidroksidi metala − jakost hidroksida metala kao Arrheniusovih baza − ovisi
ponajprije o karakteru veze M–OH:
→ što je veća razlika elektronegativnosti između M i O → disocijacija je lakša → hidroksid je u vodenoj
otopini više disociran
Jakost baza
− među hidroksidima − jake baze:LiOHNaOHKOH Ca(OH)2
RbOH Sr(OH)2
CsOH Ba(OH)2
− hidroksidi ostalih metala (kako glavnih skupina tako i
prijelaznih metala) − slabo se otapaju u vodi → slabe baze
57
Jakost baza
58
BAZA
HIDROKSID
LUŽINA
?
Jakost baza
59
− HIDROKSIDI − kemijski spojevi, npr.:NaOH(s) − natrijev hidroksidCa(OH)2(s) − kalcijev hidroksidZn(OH)2 − cinkov(II) hidroksiditd. ...
− LUŽINE − vodene otopine hidroksida koji se dobro otapaju u vodi
− dakle, lužine mogu tvoriti samo:LiOH Be(OH)2
NaOH Mg(OH)2
KOH Ca(OH)2
RbOH Sr(OH)2
CsOH Ba(OH)2
pora
st j
akos
ti
pora
st j
akos
ti
Jakost baza
60
− ostali hidroksidi − teško topljivi u vodi
M(OH)n(s) Mn+(aq) + n OH−(aq)
− ravnoteža u takvim sustavima opisuje se konstantom produkta topljivosti (KS, KSO, nekad KSP) hidroksida:
H O2
M OH n+ . ] _
K = ] [ [ sn
hidroksidi KSO
Al(OH)3 5 · 10−33 mol4 dm−12
Fe(OH)2 1,8 · 10−15 mol3 dm−9
Fe(OH)3 6 · 10−38 mol4 dm−12
Ni(OH)2 1,6 · 10−16 mol3 dm−9
− neki primjeri (25 ºC):
Jakost baza
61
– ravnoteža* u otopini neke Brønstedove baze (npr. NH3) opisana je konstantom disocijacije, Kb:
BH OH+ . ]
_
K =] [ [
b ] B[
*podsjetnik: B:(aq) + H2O(l) BH+(aq) + OH−(aq)
Jakost baza
62
Naziv baze Jednadžba disocijacije Kb / mol dm−3
anilin C6H5NH2 + H2O C6H5NH3+ + OH−
4,6 · 10−10
hidrazin N2H4 + H2O N2H5+ + OH− 9,8 · 10−7
hidroksilamin NH2OH + H2O NH3OH+ + OH− 1,1 · 10−8
dietilamin (CH3CH2)2NH + H2O (CH3CH2)2NH2+ + OH− 8,6 · 10−4
metilamin CH3NH2 + H2O CH3NH3+ + OH− 4,4 · 10−4
dimetilamin (CH3)2 NH + H2O (CH3)2NH3+ + OH− 7,4 · 10−4
piridin C5H5N + H2O C5H5NH+ + OH− 1,5 · 10−9
Jakost baza
– konstante ionizacije nekih baza, pri 25 ºC