3. Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph

Transkriptio

1 3. Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph

2 Happo Happo on protonin (H+) luovuttaja Esim. suolahappo (tässä vesi on emäs) Happo luovuttaa vetyionin ja syntyy oksoniumioni H₃O+ Maistuu happamalta, esim. karboksyylihapot marjoissa ja hedelmissä, sitruunahappo,

3 Emäs Emäs on protonin vastaanottaja Esim. ammoniakki (tässä vesi on happo) Syntyy ammoniumioni NH₄+ ja hydroksidi ioni OH Karvaan makuinen ja liukas, esim. saippuat

4 Protolyysyreaktio Protolyysireaktio on protoninsiirtoreaktio Tällaisiin reaktioihin osallistuvat aineet ovat protolyyttejä Vesimolekyyli pystyy luovuttamaan ja vastaanottamaan protonin eli toimimaan joko happona tai emäksenä -> amfolyytti

5 Vahvat hapot ja emäkset Kaikki hapot ja emäkset eivät luovuta ja vastaanota yhtä helposti protoneja Vahva happo protolysoituu vesiliuoksessa täysin (esim.hcl, HNO₃) reaktioyhtälössä käytetään yksisuuntaista nuolta Heikko happo protolysoituu vain osittain (etikkahappo, orgaaniset hapot) Yksiarvoinen eli monoproottinen happo luovuttaa vain yhden protonin (HCl) Useampiarvoinen eli polyproottinen happo luovuttaa kaksi tai kolme protonia (esim. fosforihappo H₃PO₄) Vastaavasti vahva emäs (esim. OH ja S² ) ja heikko emäs (esim. ammoniakki ja orgaaniset amiinit)

6 Happo-emäsparien muodostuminen Protolyysireaktiossa haposta syntyy vastin- eli konjugaattiemäs Emäksestä syntyy vastin- eli konjugaattihappo Vahvan hapon vastinemäs on aina heikko Vahvan emäksen vastinhappo on aina heikko emäs(1) happo(1) happo(2) emäs(2)

7 Happovakio K a ja emäsvakio K b kertoo protolyytin vahvuuden Heikkojen happojen ja emästen protolyysireaktioissa syntyy tasapainotila eli vesiliuoksessa on aina kaikkia reaktioon osallistuvia aineita. Reaktioyhtälössä käytetään kaksoisnuolta Taulukkokirjan happo- ja emäsvakio arvojen avulla voidaan päätellä protolyytin vahvuus.

8 Protolyysyreaktiot ja vesiliuoksen ph Protolyysireaktiossa oksoniumionit (H₃O+) aiheuttavat vesiliuoksen happamuuden, jolloin ph-arvo <7. Hydroksidi-ionit (OH ) aiheuttavat emäksisyyden ja ph>7 ph-asteikko perustuu oksoniumionikonsentraatioon Veden autoprotolyysireaktiossa syntyy oksonium- ja hydroksidi-ioneja Mittausten perusteella H 3 O + = OH = 1, mol/l Veden ionitulo K w sitoo toisiinsa vesiliuoksen oksoniumioni- ja hydroksidiionikonsentraatiot:

9 Veden ionitulo K w on voimassa kaikissa vesiliuoksissa ja se kytkee yhteen myös happovakion K a ja sen vastinemäksen emäsvakion K b. Huom! Vedelle käytetään K w =

10 Vesiliuoksen ph:n sekä oksonium- ja hydroksidi-ionikonsentraation yhteys Vesiliuoksen ph = -lg [H₃O+] [H₃O+] = 10 ph Vesiliuoksen poh = -lg [OH ] [OH ] = 10 poh pk w = ph + poh = 14 Vahva happo protolysoituu täysin-> oksoniumionikonsentraatio on sama kuin hapon alkukonsentraatio Vahva emäs -> hydroksidi-ionikonsentraatio lasketaan liuenneen alkali- tai maa-alkalimetallihydroksidin tai -oksidin ainemäärän avulla (ensin lasketaan hydroksidi-ionikonsentraation avulla liuoksen poh-arvo ja siitä ph) Huom! Heikon hapon ja heikon emäksen vesiliuoksen ph:n määrittämiseksi tarvitaan happo / emäsvakio

11 Protolysoitumisaste Ilmaisee protolysoituneen osan konsentraation ( ctuote ) suhteen protolyytin alkuperäiseen konsentraatioon (clähtöaine ) Mitä pienempi protolysoitumisaste, sitä heikompi protolyytti (usein prosentteina) Esim. jos protolysoitumisaste on 2%, vain kaksi sadasta happomolekyylistä protolysoituu

12 Puskuriliuokset Puskuriliuoksella on kyky pitää liuoksen ph vakiona, kun liuokseen lisätään pieniä määriä happoa tai emästä Sisältävät aina heikkoa happoa ja sen vastin emästä tai heikkoa emästä ja sen vastin happoa lähes yhtä suuret konsentraatiot Puskuriliuos voidaan valmistaa kahdella tavalla Liuotetaan veteen heikkoa happoa ja sen vastinemästä sisältävää suolaa. Veteen voidaan liuottaa myös heikkoa emästä ja sen vastinhappoa sisältävää suolaa. Neutraloidaan heikon hapon vesiliuosta vahvalla emäksellä siten, että puolet happomolekyyleistä neutraloituu -> yhtä suuret ainemäärät heikkoa happoa ja sen vastinemästä. Voidaan myös lisätä vahvaa happoa heikon emäksen vesiliuokseen niin, että puolet emäsmolekyyleistä neutraloituu.

13 Happo-emäsindikaattorit Muuttavat väriä liuoksen ph arvon mukaan Heikkoja protolyyttejä (orgaanisia aineita), joten ne esiintyvät kahdessa eri muodossa vesiliuoksessa Happomuodon väri InH ja emäsmuodon väri In Indikaattoria lisätään niin vähän, ettei se vaikuta liuoksen ph-arvoon