activitatea a5. introducerea unor module specifice de...
TRANSCRIPT
Investeşte în oameni !FONDUL SOCIAL EUROPEANProgramul Operaţional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 –2013 Axa prioritară nr. 1 „Educaţiaşiformareaprofesionalăînsprijinulcreşteriieconomiceşidezvoltăriisocietăţiibazatepecunoaştere”Domeniul major de intervenţie 1.2 „Calitateînînvăţământulsuperior”
Numărulde identificareal contractului:POSDRU/156/1.2/G/138821 Beneficiar:UniversitateaPOLITEHNICA din BucureştiTitlulproiectului: Calitate, inovare, comunicare-instrumenteeficienteutilizatepentrucreştereaaccesuluişipromovabilităţiiînînvăţământulsuperior tehnic
Activitatea A5. Introducerea unor module specifice de pregătire a studenţilor în vederea asigurării de şanse egale
MODUL DE INSTRUIRE: CHIMIE
Curs: 7
Grupele: C2, C3, C5, C6, C7, C8, C9, C10, C11, C12
Formatori:
Neacșu IonelaAndreea,OpreaOvidiuCristian, Sava Daniel Florin, Tomas ȘtefanTheodor
1
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
Identificarea acizilor şi bazelor s-a efectuat initial ȋn mod
ȋntâmplător, cu ajutorul simţurilor umane: acizii aveau gust
acru, inţepător, iar bazele sunt amare şi alunecoase la pipăit.
Denumirea de acid provine din latinescul acere (ȋnţepător,
acidulat). Denumirea de bază este controversată şi putin
probabil să provină din termenul latin bassus (jos), iar
denumirea de alcalii provine din arabul al-qily (cenuşa
plantelor – aceasta conţinând carbonat de sodiu şi de potasiu). 2
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
Reacţii cu transfer de protoni
acizi şi baze Brønsted – Lowry
Primul acid izolat (ȋn jurul anului 1200) a fost acidulsulfuric, obţinut prin ȋncălzirea vitriolului verde(FeSO4∙7H2O) şi condensarea vaporilor ȋn apă.
Prin amestecarea acestuia cu azotat de potasiu şiȋncălzire se obţineau vapori care dizolvaţi ȋn apă formauacid azotic.
Prin adăugarea de clorură de amoniu se obţineaaqua regia (apa regală).
Primul care a ȋncercat să formuleze o teorie aacizilor şi bazelor a fost Antoine Lavoisier (1777), care aconsiderat că acizii sunt substanţe ce contin oxigen(numele de oxygen ȋnsemnând generator de acizi).
3
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
Abia ȋn 1810 Davy a demonstrat că nu toţi acizii conţinoxigen ȋn molecula lor şi nu toate substanţele ce conţin oxigenȋn moleculă prezintă şi proprietăţi acide.
Abia peste mulţi ani Justus Liebig a propus ca doaracele substanţe ȋn care hidrogenul poate fi ȋnlocuit cu un metalsă fie considerate acizii.
Această definiţie a fost considerată bună până cândSvante Arrhenius, ȋn 1887, ȋn susţinerea tezei de doctorat, apoiȋn articolele publicate ȋn 1894 şi 1899, a menţionat faptul căacizii sunt substanţe ce dau nastere la ioni de hidrogen (H+) ȋnsoluţie, iar bazele sunt substanţe ce dau naştere la ioni hidroxid(principiul tezei de doctorat fiind acela că substanţele se găsescsub formă de ioni ȋn soluţie).
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
4
Anumite substanţe, precum Al(OH)3 sau ZnO au caracter
amfoter, adică reacţionează şi cu acizi si cu baze:
• Al(OH)3 + 3 HCl → AlCl3 + 3 H2O
• Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4]
• ZnO + 2 HCl → ZnCl2 + H2O
• ZnO + 2 NaOH + H2O → Na2[Zn(OH)4]
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
5
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
6
O
HH
H+
O
H
H
O
H
H
O
H
H
In apă protonul nu există ca atare ci legat de o moleculă de apă sub forma H3O+.
Deoarece există trei atomi de hidrogen echivalenţi ȋntr-o astfel de moleculă, rezultă că
transferul protonului este foarte rapid ȋn cursul reacţiilor acid-baza.
Procesul de tunelare al protonului in apa
• Ecuatia unei reacţii acid bază propusă de Brønsted are
forma generală:
Acid1 + Baza2 Baza1 + Acid2
• unde Baza1 reprezintă baza conjugată a Acid1 iar Acid2
reprezintă acidul conjugat al Baza2. De asemenea ȋnsă
aceste perechi se pot considera şi ȋn mod invers,
neexistand o deosebire fundamentală ȋntre acid şi acid
conjugat sau bază şi bază conjugata.
• Exemplu: CH3COOH + HO- → CH3COO- + H2O
Acid1 + Baza2 → Baza1 + Acid2
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
7
Acizi şi baze conjugate
Clasificarea unei substanţe ca acid sau bază depinde de
reacţia la care participă. HSO4- (ionul sulfat acid) este acid
fată de NaOH, dar este bază fata HClO4.
HO- este o bază conjugată a apei, dar este ȋn acelaşi timp şi
acidul conjugat al O2-.
• NaHSO4 + NaOH → Na2SO4 + H2O
HSO4- este acid în aceastǎ reacţie
• NaHSO4 + HClO4 → H2SO4 + NaClO4
HSO4- este bazǎ în aceastǎ reacţie.
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
8
In apă cel mai tare acid este specia H3O+ şi cea mai tare
bază este specia HO-.
Indiferent de natura substanţelor dizolvate ȋn apă, acidul
cel mai tare rămâne H3O+ şi cea mai tare bază va fi HO-.
Acizii tari ȋn apă disociaza total şi deci se găsesc sub
forma A- + H3O- (nu există sub forma nedisociată HA ȋn
apă).
Deci spre exemplu ȋn apă nu se poate face diferenţă ȋntre
tăria a doi acizi precum HI şi H2SO4. Pentru aceasta avem
nevoie de un solvent mai acid care să-i diferenţieze.
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
9
Efectul de nivelare al apei
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
10
Tipuri de acizi şi baze. Variatia aciditatii Brønsted.• Există doua mari clase de acizi. Acizii ȋn care atomul de
hidrogen este legat de oxigen şi acizii ȋn care atomul de
hidrogen este legat direct de un element “central” (hidracizii).
• Dacă numarul hidracizilor este mic (existând cate un hidracid
pentru fiecare element din grupele 6 şi 7) numărul oxiacizilor
este impresionant mai mare.
• Pentru hidracizi aciditatea creşte ȋn perioadă de la stânga la
dreapta, pe măsură ce elementul posedă un caracter mai
electronegativ, iar ȋn grupă aciditatea creşte de sus ȋn jos pe
măsură ce creşte volumul atomic, legătura formată fiind din ce
ȋn ce mai slabă şi deci protonul poate fi cedat mai uşor. Cel mai
puternic hidracid este HI. Deşi HF atacă sticla, acesta este
considerat un acid slab.
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
11
1. Aquaacizii – protonul acid este conţinut de o moleculă de apă coordinata la
un ion metalic central:
E(OH2)aq + H2O [E(OH)]- + H3O+ ;
spre exemplu [Fe(OH2)6]3+ - aquaacidul hexaaqua fier (III).
Tăria acestor acizi este influenţată de sarcina ionului metalic şi raza acestuia.
[FeII(H2O)6]2+ este un acid mai slab faţă de [FeIII(H2O)6]3+. Sarcina mai mare
şi volumul mai mic pentru ionul Fe(III) face ca legătura Fe-O să fie mai
puternică şi slăbeşte legătura O-H, ȋn consecinţa protonul este cedat mai
usor.
2. Hidroxiacizii – protonul acid este situat la o grupare –OH fără a exista şi
grupări =O (oxo): Si(OH)4 – acidul silicic; B(OH)3 – acidul boric
3. Oxiacizii – protonul acid se află la o grupare –OH ȋn vecinatatea căreia se
găsesc una sau mai multe grupari oxo: H2SO4, HNO3, HClO4. Tăria
oxiacizilor creşte pe măsură ce elementul central are o stare de oxidare mai
mare, mai multe grupari oxo (atrag electronii de pe atomul central) şi un
volum mai mic. In consecinţa tăria oxiacizilor creşte ȋn perioadă de la stânga
la dreapta şi ȋn grupă de jos ȋn sus.
Exista trei clase de acizi ce contin grupări hidroxilice
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
12
Regulile lui Pauling privitoare la aciditate:
• pKa ~ 8 – 5p pentru acizi de forma OpE(OH)q
• pentru pKa-uri succesive (q>1) valorile cresc cu 5 unitati
In consecinţă hidroxiacizii neutri cu p = 0 au valori
pKa ~ 8, oxiacizii cu o grupare oxo au valori pKa ~ 3, iar cei
cu două grupări oxo au pKa ~ -2. In baza acestor reguli au
putut fi determinate anomalii structurale (existenţa atomilor
de hidrogen legaţi direct de atomul central de exemplu). In
consecinţă, oxiacidul cel mai tare este HClO4 cu o valoare
pKa calculată conform regulilor lui Pauling pKa = -7
(valoarea reală este -8).
Acizii şi bazele se pot împǎrţi şi dupǎ numǎrul de
protoni cedaţi sau acceptaţi:
- acizi monoprotici – HCl; HNO3; HF; HClO4;
- acizi diprotici – H2SO4; HOOC-COOH; H2CO3;
- acizi tri- şi poliprotici – H3PO4; C6H8O7 (acidul citric);
- baze monoacide – NaOH, NH4OH;
- baze diacide – Mg(OH)2; Ca(OH)2;
- baze triacide – Al(OH)3)
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
13
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
14
Clasificarea acizilor şi bazelor dupǎ sarcina electricǎ
Acizi
neutri
HCl, H2SO4, CH3-COOH, etc.;
HCl + H2O H3O+ + Cl-
A1 B2 A2 B1
anioniciHSO , H2PO , HPO , etc.
HSO + H2O H3O+ + SO
cationici
H3O+, NH , etc.
H3O+ + NH3 H2O + NH
A1 B2 B1 A2
Baze
neutreNH3, H2O
NH3 + HCl NH + Cl-
anionice
HO-, Cl-, SO , H2PO , HCO , CO , etc.
HSO-4 + H+
H2SO4
cationice H3N+-CH2- CH2-CH2-NH2
442
442
4
44
42
443
2
3
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
15
Superacizii
Prin modificarea structurii anumitor acizi se poate modifica
tǎria acestora, obţinându-se în general acizi cu o tǎrie
superioara.
Astfel se poate modifica şi tǎria unor acizi organici, precum
acidul acetic. Prin introducerea unor atomi puternic
electronegativi care sǎ atragǎ electronii (cum ar fi F sau Cl)
se poate creşte aciditatea:
S
O
O
O
O
H
H
S
O
O
O
F
H
S
O
O
O
C
H
F
FF