Hape-alus tasakaal

HAPE-ALUS TASAKAAL

Teema nr 2

Tugevad happed◦ Tugevad happed on lahuses täielikult dissotiseerunud

◦ H+ sisaldus lahuses on võrdne happe analüütilise kontsentratsiooniga

◦Nt HNO3 HCl H2SO4 (esimeses astmes)

◦ pKa väärtused on negatiivsed

Nõrgad happed◦Happed, mis dissotsieeruvad lahuses osaliselt

◦Nt CH3COOH, fenool ja paljud teised

◦ Nt äädikhappe lahuses on nii äädikhappe molekulid kui ka atsetaatioonid◦ Fenooli lahuses on nii fenooli molekulid kui ka fenolaatioonid jne

◦ pKa väärtused 0 - ….

HCOOCHCOOHCH 33

Happega konjugeeritud alusHape

pKa ja pKb

◦ Äädikhappe dissotsiatsiooni kirjeldab dissotsatsioonikonstant:

◦ Atsetaatiooni, kui aluse, reaktsioonile veega

vastab konstant:

HCOOCHCOOHCH 33

COOHCH

COOCHHKa

3

3

OHCOOHCHOHCOOCH 323

COOCH

OHCOOHCHKb

3

3

a sõnast acid (ing k)

b sõnast base (ing k)

Analüütiline ja tasakaaluline kontsantratsioon◦Mingi aine analüütiline kontsentratsioon lahuses näitab, milline kogus seda ainet on

lahusele lisatud või muul moel sinna jõudnud)◦ Aga aine ei pruugi seal olla sellel kujul, nagu ta lisati◦ Tähitsame tähega „c“

◦Mingi osakese tasakaaluline kontsentratsioon lahuses väljendab selle konkreetse osakese sisaldust selles lahuses◦ Tähistame [osake]

◦Näide:◦ Lisades veele CH3COOH ta osaliselt jääb CH3COOH kujule ja osaliselt ioniseerub andes

CH3COO–

◦ c(CH3COOH) = [CH3COOH] + [CH3COO-]

pH

◦ Tugevate hapete puhul

◦On kasutuses ka mõiste

◦ Vesikeskkonnas

◦NB! Selles kursuses me tegeleme lahjade lahustega ning eeldame, et γ≈1

HpH log

HClcHpH

HClHClc

loglog

autopKlahustipOHpH

OHpOH

_

log

14 pOHpH

Nõrga happe lahuse pH◦ Vaatleme äädikhappe näitel

◦ Kuna x mol äädikhappe dissotsiatsioonil tekib x mol atsetaati ja x mol prootoneid, siis: (1)

◦ Äädikhappe analüütilise kontsentratsiooni saab siduda tasakaaluliste kontsentratsioonidega

◦ Asendades (1) ja (2) dissotsiatsioonikonstandi avaldisse:

◦ Jääb ruutvõrrandi lahendamine

COOHCH

COOCHHK

HCOOCHCOOHCH

a3

3

33

HCOOCH3

HCOOHCHcCOOHCH

COOHCHHCOOHCHCOOCHCOOHCHc

33

3333

23

33

3

HHCOOHCHcK

HCOOHCHc

HH

COOHCH

COOCHHK

a

a

(2)

Nõrga aluse lahuse pH ◦ Vaatleme ammoniaagi näitel

◦ Kuna x mol ammoniaaki reageerib veega tekib x mol ammoonium ioone ja x mol hüdroksiidioone, siis:

◦ Äädikhappe analüütilise kontsentratsiooni saab siduda tasakaaluliste kontsentratsioonidega

◦ Asendades (1) ja (2) dissotsiatsioonikonstandi avaldisse:

34

423

NH

OHNHK

OHNHOHNH

b

OHNHcNH

OHNHNHNHNHc

33

3433

pOHpHpOHOH

OHOHNHcK

OHNHc

OHOH

NH

OHNHK

b

b

14......

2

3

33

4

OHNH 4

Keskkonna dissotsiatsioon◦ Vesi on protoonne solvent, seega võivad ka tema autoprotolüüsist tekivad prootonid

mõjutada lahuses olevat prootonite üldhulka

◦ Vee autoprotolüüsi pole tarvis arvestada kui

◦ Seejuures kummagi prootonite „allika“ suurusjärku on võimalik hinnata:

OHHOH 2

üüsistautoprotolveeioonistdissotsatshappe HH __

2/1

_

2/1_

wüüsistautoprotolvee

ahapeioonistdissotsatshappe

KH

KcH

Soolade hüdrolüüs◦Naatrium atsetaat dissotseerub täielikult ning atsetaatioonid hüdrolüüsuvad

osaliselt:

◦Hüdrolüüsil tekkiva äädikhappe ja hürdroksiidioonide hulk on võrdne

◦ Tehes vastavad asendused Kb valemisse saame:

◦ Jääb lahendada ruutvõrrand

OHCOOHCHOHCOOCH 323

COOHCHCOOCHcsool 33

OHCOOHCH 3

COOCH

OHCOOHCHKb

3

3

OHc

OH

COOCH

OHCOOHCHK

soolb

2

3

3

Dissotsatsiooniaste◦Ühealuselise happe HA jaoks:

◦ Kahealuselise happe H2A jaoks:

AHA

A

c

A

HA

22

22

2

22

1

2

2

AHAAH

A

c

A

AHAAH

HA

c

HA

AH

AH

Arvuliselt saame leida

2

211

221

22

22

2

2211

1

22

1

2211

22

220

1

1

1

1

2

2

2

HKK

HK

HKK

AHAAH

A

c

A

HKK

HK

HK

AHAAH

HA

c

HA

HKK

HKAHAAH

AH

c

AH

AH

AH

AH

Puhverlahused◦ Lahused, mille on võime pH-d säilitada hapete-aluste lisamisel

◦ Nõrga happe ja tema soola lahus◦ Nõrga aluse ja tema soola lahus

◦ Puhverdusala on pH vahemikus: pKa±1

Näiteks◦Oletame, et meil on atsetaatpuhver:

◦ Lahuses on CH3COOH ja CH3COO-

◦Happe lisamisel:

◦ Aluse lisamisel:

COOHCHHCOOCH 33

OHCOOCHOHCOOHCH 233

Puhverlahuse pH arvutamine◦ Lähtume dissotsatsioonikonstandi avaldisest:

◦Miinuslogaritmimisel saame:

◦ Viimast nimetatakse puhvarlahuse valemiks

COOHCH

COOCHHK a

3

3

hape

soola

hape

soola

a

c

cpKpH

c

cpHpK

COOHCH

COOCHHK

log

log

logloglog3

3