Hapot ja emäkset
Määritelmät Happo = luovuttaa protonin H + Emäs = vastaanottaa protonin Happo-emäsreaktioita kutsutaan tästä johtuen protoninsiirto eli protolyysi reaktioiksi
Protolyysi Happo Emäs Emäs Happo HA + B A + HB + Happo konjugaatti emäs Emäs konjugaatti happo Konjugaatti = vastin muoto
Protolyysi vesiliuoksessa Hapon protolyysi: HA + H 2 O A + H 3 O + Emäksen protolyysi: B + H 2 O HB + + OH
Veden autoprotolyysi Vesi voi toimia happona ja emäksenä (amfolyyttinen), minkä takia se voi protolysoitua itsensä kanssa H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH
Happamuus Kuvaa protonien määrää liuoksessa Protonit eivät ole vapaana liuoksessa, vaan veden kanssa oksoniumioneita H 3 O + Laskuissa voidaan yleistää [H + ] = [H 3 O+]
ph Oksoniumionien konsentraatiot liuoksessa vaihtelevat suurella skaalalla, minkä takia käytössä on logaritminen asteikko ph = lg H + = lg H 3 O + Esim: ph = 1 [H 3 O + ] = 1M ph = 14 [H 3 O + ] = 1*10-14 M
poh Vastaava suure kuin ph, mutta hydroksi-ionin suhteen poh = lg OH poh = 14 ph Äärimmäisen tärkeää huomioida emäksillä laskiessa, koska helposti ilmoittaa poh:n eikä ph:ta!
Pyöristäminen Logaritmisissa luvuissa vastan pilkun jälkeen tulevat numerot ovat merkitseviä Esim: ph = 2,43 2 merkitsevää numeroa ph = 10,254 3 merkitsevää numeroa
Veden autoprotolyysi ja ionitulo Vesiliuoksessa on aina oksoniumioneja ja hydroksiioneja: näiden kahden välinen suhde määrää happamuuden (konsentraatioiden tulo on vakio) K W = veden ionitulo K W = H 3 O + OH K W = 1,0 10 14 mol dm 3 2
ph-asteikko Tislatun veden ph = 7, kun T=25 O C
Vahvojen happojen ja emästen protolyysi
Protolyyttien jaottelu Hapot emäkset Vahvat heikot Yhdenarvoiset monenarvoiset
Tärkeitä lukuarvoja K W = [H 3 O + ][OH - ] = 1,00 * 10-14 (mol/l) 2 K W = K a * K b = 1,00 * 10-14 (mol/l) 2 pk a + pk b = 14 ph + poh = 14 Nämä on muistettava ulkoa!
Vahva happo Protolysoituu täydellisesti eli reaktio etenee loppuun asti, joten muodostuva oksoniumionikonsentraatio on sama kuin kuin vahvan hapon alkukonsentraatio ph = lg H 3 O + = lg[ha]
Vahva emäs Protolysoituu täydellisesti eli vastaava kuin vahvoilla hapoilla, mutta muodostuu hydroksi-ioneja poh = lg OH = lg B ph = 14 poh
Vastinmuodot Vahvojen protolyyttien vastinmuodot ovat luonteeltaan neutraaleja toisin kuin heikoilla protolyyteillä Esimerkiksi NaOH Mitä vahvempi happo sitä heikompi vastinemäs tai mitä vahvempi emäs sitä heikompi vastinhappo
Vahvoja happoja ja emäksiä Vahvoja happoja: H 2 SO 4 Rikkihappo Vahvoja emäksiä: NaOH Natriumhydroksidi HNO 3 Ca(OH) 2 Typpihappo Kalsiumhydroksidi HCl OH - Suolahappo Hydroksi-ioni
Tehtävä Kirjoita protolyysin reaktioyhtälö olomuotoineen typpihappoliuokselle HNO 3 aq + H 2 O l NO 3 aq + H 3 O + (aq)
Protolyysin biologinen merkitys Olennainen laajalti elimistön toiminnassa: Mahanesteen happamuus (suolahappo) Entsyymien aktivaatio ph riippuvaisesti Lysotsyymit happamia Puskurijärjestelmät esim. hiilihappo bikarbonaatti Asidoosi = elimistön happamoitunut tila Alkaloosi = elimistön emäksinen tila
Heikot hapot ja emäkset
Heikot hapot ja emäkset Protolyysi ei tapahdu täydellisesti: hapon ja vastinemäksen suhde määrää liuoksen ph:n Tasapainoreaktioita: käytettävä tasapainonuolta! Laskiessa tunnettava happovakio K a tai emäsvakio K b
Tasapainolauseke Protolyysi reaktiolle voidaan laskea tasapainovakion arvo, kuten myös muille tasapainoreaktioille HA + B A + HB + K = A [HB + ] HA [B]
Tasapainolauseke Vesiliuoksissa veden konsentraatio pysyy lähes vakiona, jolloin voidaan kirjoittaa happovakion tai emäsvakion tasapainolauseke K a = A [H 3 O + ] [HA] K b = HB+ [OH ] [B]
Tasapainolauseke Happo- ja emäsvakio voidaan kirjoittaa myös logaritmisessa muodossa pk a = lg K a pk b = lg K b
Vakion tulkitseminen Mitä suurempi on happovakion K a arvo, sitä enemmän tasapaino on tuotteiden puolella happo on vahva Mitä suurempi pk a sitä heikompi happo on K a = A [H + ] [HA] pk a = lg K a
Heikon hapon protolyysi HA + H 2 O A - + H 3 O + c(alku) 1 0 0 c(tasapaino) 1 - X X X K a = A [H 3 O + ] [HA] = X X 1 X = X2 1 X [H 3 O + ] = X
Heikon emäksen protolyysi Taulukointi ja ratkaisu toimivat vastaavasti kuin heikoilla hapoilla, mutta: poh = 14 ph pk a + pk b = 14
Protolysoitumisaste Kertoo kuinka suuri osa lähtötilanteen heikosta haposta tai emäksestä protolysoituu α = c(a ) c 0 (HA) Vahvojen happojen sekä emästen protolysoitumisaste on 100%
Heikot moniarvoiset hapot Osa hapoista protolysoituu useassa vaiheessa ja tällöin jokaiselle vaiheelle annetaan oma happovakion arvo Happovakion arvo pienenee, koska protonien irtoaminen tapahtuu yhä heikommin ja heikommin Esim. fosforihappo H 3 PO 4
Approksimaatio Vaikeaa lausetta voidaan yksinkertaistaa mikäli muodostuva oksoniumionikonsentraatio X on hyvin pieni verrattuna hapon lähtökonsentraatioon C Approksimaatio ei saa muuttaa vastausta c tot X c tot
Neutraloituminen
Neutraloituminen Hapon ja emäksen välinen reaktio, jossa protonit ja hydroksi-ionit kumoavat toisensa sekä muodostuu suola Oksoniumionin ja hydroksi-ionin välinen reaktio: H 3 O + aq + OH aq 2 H 2 O(l)
Neutraloituminen Neutraloitumisessa muodostuu veden lisäksi ioniyhdistettä eli suolaa Esim: HCl aq + NaOH aq NaCl aq + H 2 O(l)
Yleisiä sääntöjä Liuottaessa yhtä paljon happoa ja emästä: Vahva happo + vahva emäs neutraali liuos Vahva happo + heikko emäs hapan liuos Heikko happo + vahva emäs emäksinen liuos Heikko happo + heikko emäs suhteellinen voimakkuus määrää liuoksen ominaisuudet
Neutraloituminen Heikkoa happoa tai emästä neutraloidessa lopputilanteen ph ei ole 7! Konjugaattiemäs tai happo määrää lopullisen ph:n
Vastinmuodot Vahvojen protolyyttien vastinmuodot ovat luonteeltaan neutraaleja toisin kuin heikoilla protolyyteillä Mitä vahvempi happo sitä heikompi vastinemäs tai vahvempi emäs sitä heikompi vastinhappo Esimerkiksi: NH 3 ja NH 4 +
Vinkit pääsykokeeseen Logaritmin laskusäännöt Laskennallinen osaaminen Vastinmuodot