Puskuriliuokset ja niiden toimintaperiaate

Samankaltaiset tiedostot
Neutraloituminen = suolan muodostus

Suolaliuoksen ph

Vesiliuoksen ph ja poh-arvot

Luku 3. Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph

3. Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph

101. a) Mitkä ovat neutraloitumisreaktion lähtöaineet ja mikä on reaktiotuote? b) Miksi neutraloituminen tapahtuu?

Veden ionitulo ja autoprotolyysi TASAPAINO, KE5

joka voidaan määrittää esim. värinmuutosta seuraamalla tai lukemalla

2.1 Hapot ja emäkset. Ratkaisut. H (aq) + H 2 O(l) H 3 O + (aq) + OH O OH O. HBr(aq) + H 2 O(l) H 3 O + (aq) + Br (aq)

Neutraloituminen = suolan muodostus

Määritelmät. Happo = luovuttaa protonin H + Emäs = vastaanottaa protonin

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 Vahvat&heikot protolyytit (vesiliuoksissa) ja protolyysireaktiot

( ) Oppikirjan tehtävien ratkaisut. Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph

Kemian koe kurssi KE5 Reaktiot ja tasapaino koe

Kemiallinen tasapaino 3: Puskuriliuokset Liukoisuustulo. Luento 8 CHEM-A1250

Kemian koe, KE3 Reaktiot ja energia RATKAISUT Maanantai VASTAA YHTEENSÄ VIITEEN TEHTÄVÄÄN

Seokset ja liuokset. 1. Seostyypit 2. Aineen liukoisuus 3. Pitoisuuden yksiköt ja mittaaminen

KE5 Kurssikoe Kastellin lukio 2014

MAOL:n pistesuositus kemian reaalikokeen tehtäviin syksyllä 2009.

KE5 Kurssikoe Kastellin lukio 2012 Valitse kuusi (6) tehtävää. Piirrä pisteytystaulukko.

Oppikirjan tehtävien ratkaisut

Veden kovuus. KOHDERYHMÄ: Työ on suunniteltu lukiolaisille. Se voidaan tehdä esimerkiksi kursseilla KE5 ja työkurssi.

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 Vahvat&heikot protolyytit (vesiliuoksissa) ja protolyysireaktiot

c) Tasapainota seuraava happamassa liuoksessa tapahtuva hapetus-pelkistysreaktio:

1 p - jos vastaus Be, 1/3p - jos vastaus Ba ja Be, 1p. e) P tai Se 1 p f) Cl 1 p -jos sekä oikea että väärä vastaus, 0 p.

2CHEM-A1210 Kemiallinen reaktio Kevät 2017 Laskuharjoitus 7.

2 c. n V. n c. m = = V. Tehtävä 1. Väkevän suolahapon massaprosenttinen HCl-pitoisuus on 37%.

CHEM-A1200 Kemiallinen rakenne ja sitoutuminen

Kemian tehtävien vastaukset ja selitykset Lääketieteen ilmainen harjoituskoe, kevät 2017

SPEKTROFOTOMETRISIÄ HARJOITUSTÖITÄ

luku 1.notebook Luku 1 Mooli, ainemäärä ja konsentraatio

VÄRIKÄSTÄ KEMIAA. MOTIVAATIO: Mitä tapahtuu teelle kun lisäät siihen sitruunaa? Entä mitä havaitset kun peset mustikan värjäämiä sormia saippualla?

Liukoisuus

Ammatillisen koulutuksen kaikkien alojen yhteinen matematiikan valmiuksien kilpailu

POHDITTAVAKSI ENNEN TYÖTÄ

Reaktionopeus ja aktivoitumisenergia

BH60A0900 Ympäristömittaukset

125,0 ml 0,040 M 75,0+125,0 ml Muodostetaan ionitulon lauseke ja sijoitetaan hetkelliset konsentraatiot

COLAJUOMAN HAPPAMUUS

Kertaustehtävien ratkaisut LUKU 2

Oppikirjan tehtävien ratkaisut

OPPIMISPELI PUSKURILIUOKSISTA

a) Puhdas aine ja seos b) Vahva happo Syövyttävä happo c) Emäs Emäksinen vesiliuos d) Amorfinen aine Kiteisen aineen

MOOLIMASSA. Vedyllä on yksi atomi, joten Vedyn moolimassa M(H) = 1* g/mol = g/mol. ATOMIMASSAT TAULUKKO

Tehtävä 1. Avaruussukkulan kiihdytysvaiheen kiinteänä polttoaineena käytetään ammonium- perkloraatin ja alumiinin seosta.

Liuos voi olla hapan, emäksinen tai neutraali

Reaktiot ja tasapaino

Reaktiot ja tasapaino

KE4, KPL. 3 muistiinpanot. Keuruun yläkoulu, Joonas Soininen

Kemiallisia reaktioita ympärillämme Fysiikan ja kemian pedagogiikan perusteet

MAOL:n pistesuositus kemian reaalikokeen tehtäviin syksyllä 2011.

Seoksen pitoisuuslaskuja

COLAJUOMAN HAPPAMUUS

Vanilliini (karbonyyliyhdiste) Etikkahappo (karboksyyliyhdiste)

Hapetus-pelkistymisreaktioiden tasapainottaminen

SAIPPUALIUOKSEN SÄHKÖKEMIA JOHDANTO

Lukuteorian kertausta ja syvennystä

Hapettuminen ja pelkistyminen: RedOx -reaktiot. CHEM-A1250 Luento

12. Amiinit. Ammoniakki 1 amiini 2 amiini 3 amiini kvarternäärinen ammoniumioni

MAOL:n pistesuositus kemian reaalikokeen tehtäviin keväällä 2013.

Ylioppilastutkintolautakunta S tudentexamensnämnden

Helsingin yliopisto/tampereen yliopisto Henkilötunnus - Molekyylibiotieteet/Bioteknologia Etunimet valintakoe Tehtävä 3 Pisteet / 30

Tasapainotilaan vaikuttavia tekijöitä

Kemia s10 Ratkaisut. b) Kloorin hapetusluvun muutos: +VII I, Hapen hapetusluvun muutos: II 0. c) n(liclo 4 ) = =

MITÄ SIDOKSILLE TAPAHTUU KEMIALLISESSA REAKTIOSSA

Helsingin yliopiston kemian valintakoe. Keskiviikkona klo Vastausselvitykset: Tehtävät:

Luku 2. Kemiallisen reaktion tasapaino

Osa3. Liuosten väkevyyden esittäminen Hapot ja Emäkset, ph-asteikko Neutraloitumisreaktiot Puskuriliuokset

Planeetan ph (ph of the Planet)

Kemian opetuksen keskus Helsingin yliopisto Veden kovuus Oppilaan ohje. Veden kovuus

TKK, TTY, LTY, OY, TY, VY, ÅA / Insinööriosastot Valintakuulustelujen kemian koe

= vakio = λ. V (x) V (0) = V (l) = 0.

Kemian tentti 2017 / RATKAISUT

Väittämä Oikein Väärin. 1 Pelkistin ottaa vastaan elektroneja. x. 2 Tyydyttynyt yhdiste sisältää kaksoissidoksen. x

Tehtävän eri osat arvostellaan 1/3 pisteen tarkkuudella, ja loppusumma pyöristetään kokonaisiksi

Normaalipotentiaalit

VASTAUSANALYYSI. 10 p. 8 p. 34 p. 7 p. 9 p. 10 p. 5 p. 4 p. 9 p. 8 p. 6 p yhteensä 149 p. 6 p LÄÄKETIETEEN ALAN VALINTAKOE 23.5.

Esimerkiksi ammoniakin valmistus typestä ja vedystä on tyypillinen teollinen tasapainoreaktio.

2. Täydennä seuraavat reaktioyhtälöt ja nimeä reaktiotuotteet

Ionisidos ja ionihila:

KEMIA lyhennettyjä ratkaisuja. 1. a) Vesiliukoisia: B, C, D, F, G

Helsingin, Jyväskylän ja Oulun yliopistojen kemian valintakoe Keskiviikkona klo 10-13

vi) Oheinen käyrä kuvaa reaktiosysteemin energian muutosta reaktion (1) etenemisen funktiona.

Fysiikan, kemian ja matematiikan kilpailu lukiolaisille

Tehtävä 1. Valitse seuraavista vaihtoehdoista oikea ja merkitse kirjain alla olevaan taulukkoon

δ 0 [m] pistevoimasta 1 kn aiheutuva suurin kokonaistaipuma δ 1 [m] pistevoimasta 1 kn aiheutuva suurin paikallinen taipuma ζ [-] vaimennussuhde

Heikot sidokset voimakkuusjärjestyksessä: -Sidos poolinen, kun el.neg.ero on 0,5-1,7. -Poolisuus merkitään osittaisvarauksilla

Lasku- ja huolimattomuusvirheet - ½ p. Loppupisteiden puolia pisteitä ei korotettu ylöspäin, esim. 2½ p. = 2 p.

Maan happamuus ja kalkitus. Ravinnepiika, kevätinfo Helena Soinne

2. Suolahappoa lisättiin: n(hcl) = 100,0 ml 0,200 mol/l = 20,0 mmol. Neutralointiin kulunut n(hcl) = (20,0 2,485) mmol = 17,515 mmol

HAPANTA HUNAJAA. KESTO: Työn teoriaosion, mahdollisten alkuvalmistelujen ja siivousten lisäksi työn suoritukseen menee noin 15 minuuttia aikaa.

Työn tekemiseen kuluva aika: 1-2 oppituntia kahden kuukauden aikana/lukuvuosi. Projektityö. Luokka-aste: Sopii yläkouluun tai lukioon

Luento 9 Kemiallinen tasapaino CHEM-A1250

Johdantoa. Kemia on elektronien liikkumista/siirtymistä. Miksi?

Ohjeita opetukseen ja odotettavissa olevat tulokset

(Huom! Oikeita vastauksia voi olla useita ja oikeasta vastauksesta saa yhden pisteen)

Veren happoemästasapaino

Käytetään nykyaikaista kvanttimekaanista atomimallia, Bohrin vetyatomi toimii samoin.

KEMS448 Fysikaalisen kemian syventävät harjoitustyöt

Tällaista reaktiota kutsutaan tasapainoreaktioksi ja tasapainoreaktiota kuvataan kahdella nuolimerkillä.

Transkriptio:

Puskuriiuokset ja niiden toimintaperiaate REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 Määritemä, puskuriiuos: Liuoksia, joiden ph-arvo ei merkittävästi muutu, kun niihin isätään pieniä määriä happoa tai emästä tai vettä (aimennus), sanotaan puskuriiuoksiksi. Puskuriiuoksia on siis kyky vastustaa ph:n muutoksia tiettyyn rajaan asti! Puskuriiuos koostuu aina heikosta haposta ja sen vastinemäksestä tai heikosta emäksestä ja sen vastinhaposta. Liuoksessa on siis aina sekä happona että emäksenä toimivia hiukkasia. Käytännössä puskuriiuoksia vamistetaan seuraavasti: 1) Liuotetaan veteen heikkoa happoa ja sen vastinemästä sisätävää suoaa. Esimerkiksi etikkahappoa CH 3 COOH ja natriumasetaattia CH 3 COONa. Tai iuotetaan veteen heikkoa emästä ja sen vastinhappoa sisätävää suoaa. Esimerkiksi ammoniakkia NH 3 ja ammoniumkoridia NH 4 C. 2) Neutraoidaan heikon hapon vesiiuos vahvaa emäkseä esimerkiksi siten, että puoet happoekyyeistä neutraoituu. Täöin iuoksessa on yhtä suuret ainemäärät heikkoa happoa ja sen vastinemästä. Vastaavasti heikon emäksen vesiiuokseen isätään vahvaa happoa. Puskuriiuos pystyy vastustamaan parhaiten ph:n muutoksia, mikäi iuos sisätää yhtäsuuret konsentraatiot heikkoa happoa ja sen vastinemästä tai vastaavasti heikkoa emästä ja sen vastinhappoa. Täöin sanotaan, että iuoksea on hyvä puskurikapasiteetti. Puskuriiuosten toiminta voidaan ymmärtää neutraoitumisreaktion avua. Puskuriiuoksia käytetään mm. biokemiaisissa tutkimuksissa ja kouumaaimassa ph-mittarien kaibrointiin. Siksi on tärkeää tietää/osata askea, kuinka vamistetaan puskuriiuos, joa on tietty ph-arvo. Monet bioogiset prosessit ovat herkkiä ph:n muutoksie. Proteiinit saattavat denaturoitua/ koaguoitua iian happamissa tai emäksisissä oosuhteissa. Eriaiset soutoiminnot saattavat häiriintyä tai estyä kokonaan. Luonnon omia puskureita ovat mm. veri ja maito. 1

Esimerkki 3 Opiskeijat vamistivat kome eri puskuriiuosta, joissa etikkahappo- ja asetaatti-ionikonsentraatiot tasapainotiassa vaihteivat seuraavasti: Puskuriiuos 1: c CH 3 COOH = 0,10 / ja c CH 3 COO = 0,10 / Puskuriiuos 2: c CH 3 COOH = 0,15 / ja c CH 3 COO = 0,075 / Puskuriiuos 3: c CH 3 COOH = 0,050 / ja c CH 3 COO = 0,10 / Mikä oi puskuriiuosten ph? Ratkaisu Jokaisen puskuriiuoksen ph voidaan askea etikkahapon happovakion ausekkeesta K a = CH 3COO H 3 O +, josta saadaan ratkaistua oksoniumionikonsentraatio yhtäöä H 3 O + Puskuriiuos 1 CH 3 COOH = K a CH 3COOH CH 3 COO hyödyntäen. H 3 O + 0,10 = 1,8 10 5 0,10 = 1,8 10 5 TAI Hend.-Hasse. yhtäö, joka ja ph-arvoksi tuee on ns. ogaritminen muoto: ph = g 1,8 10 5 = 4,7447 4,74. ph = pk a + g A HA Puskuriiuos 2 H 3 O + ja ph-arvoksi tuee Puskuriiuos 3 H 3 O + ja ph-arvoksi tuee Siis: Puskuriiuos 1: ph = 4,74 Puskuriiuos 2: ph = 4,44 Puskuriiuos 3: ph = 5,05 = 1,8 10 5 0,15 0,075 = 3,6 10 5 ph = g 3,6 10 5 = 4,4437 4,44. 0,050 = 1,8 10 5 0,10 = 0,9 10 5 ph = g 0,9 10 5 = 5,0458 5,05. 2

Esimerkki 4 Kemian harjoitustyössä tarvittiin puskuriiuosta, joka tui vamistaa iuottamaa 15,0 grammaa ammoniumkoridia 500 miiitraan ammoniakkiiuosta, joe c NH 3 = 0,50. Laske, mikä oi puskuriiuoksen ph. (Voidaan oettaa, että ammoniakkiiuoksen tiavuus ei juurikaan muutu kun ammoniumkoridi iukenee siihen.) Ratkaisu Akutiedot: m NH 4 C = 15,0 g, M NH 4 C = 53,492 g c NH 3 = 0,50, V iuos = 500 m, K b, NH3 = 1,8 10 5, ph?, Ammoniumkoridin NH 4 C iuetessa yksi mooi tuottaa yhden mooin NH 4 + - ioneja seuraavasti: NH 4 C s NH 4 + aq + C aq. Näin oen suoan iukenemisesta muodostuvien ammoniumionien konsentraatio puskuriiuoksessa on c NH 4 + = c NH 4 C = n NH 4C V iuos = m NH 4 C M NH 4 C 0,5 = 15,0 g g 53,492 0,5 = 0,560 Ammoniakin (emäs) protoyysireaktio on NH 3 aq + H 2 O NH 4 + aq + OH aq. Tauukoimaa konsentraatiot aussa ja tasapainossa sekä ottamaa huomioon, että nyt ammoniumionien akukonsentraatio poikkeaa noasta, saadaan NH 3 aq + H 2 O NH + 4 aq + OH aq c aku 0,50 0,5608 0 muutos x +x +x c tasap. 0,50 x 0,5608 + x x Sijoitetaan nyt tasapainokonsentraatiot ammoniakin emäsvakion ausekkeeseen (MAOL:sta emäsvakion arvo) ja ratkaistaan tuntematon x. K b, NH3 = NH 4 + NH 3 OH 1,8 10 5 0,5608 x + x2 = 0,50 x x 2 + 0,5608 + 1,8 10 5 x 9,0 10 6 = 0 3

Toisen asteen yhtäön ratkaisuiksi saadaan x 1 0,5608655, x 2 1,60466 10 5, joista hyväksytään vain positiivinen x 2. Näin oen iuoksen hydroksidi-ionien konsentraatioe saadaan OH = 1,60466 10 5. Tästä voidaan määrittää iuoksen ph-arvo, kun oetetaan jäeen, että ämpötia T = 25 ph = 14,00 poh = 14 g 1,60466 10 5 9,205 9,21. Miten puskuriiuokset vastustavat ph:n muutoksia Tarkasteaan tarkemmin etikkahappo-asetaattipuskuriiuosta. Sen ph-arvo määräytyy siis yhtäöstä K a = CH 3COO H 3 O + CH 3 COOH josta saadaan askettua oksoniumionikonsentraatio H 3 O + ja tästä edeeen iuoksen ph-arvo., = K a CH 3COOH CH 3 COO Kun etikkahappo ja natriumasetaatti iukenevat veteen, vesiiuoksessa etikkahappo protoysoituu ja suoa iukenee oheisten reaktioyhtäöiden mukaisesti CH 3 COOH aq + H 2 O CH 3 COO aq + H 3 O + aq, CH 3 COONa s CH 3 COO aq + Na + aq. Kun iuokseen isätään pieni määrä happoa, ei kun iuoksen oksoniumionikonsentraatio kasvaa, toimivat asetaatti-ionit emäksenä ja neutraoivat isätyn hapon reaktioyhtäön CH 3 COO aq + H 3 O + aq mukaisesti. CH 3 COOH aq + H 2 O 4

Reaktiossa siis muodostuu isää etikkahappoa ja asetaatti-ionien määrä hieman vähenee. Tämän seurauksena osamäärä ei suhde CH 3COOH CH 3 COO ausekkeessa K a CH 3COOH CH 3 COO hieman kasvaa (osoittaja kasvaa ja nimittäjä pienenee), josta seuraa myös, että H 3 O + kasvaa. Mutta ausekkeen avua askettu pharvo ei merkittävästi muutu! Vastaavasti, jos iuokseen isätään pieni määrä emästä, ei iuokseen muodostuu isää hydroksidi-ioneja, neutraoivat etikkahappo-ekyyit ne reaktioyhtäön CH 3 COOH aq + OH aq mukaisesti. CH 3 COO aq + H 2 O Muutos pienentää suhdetta CH 3COOH CH 3 COO ja näin oen H 3O + hieman pienenee, mutta ph-arvo pysyy ähes vakiona. Aa oeva kaaviokuva seventää puskuriiuoksen toimintaperiaatetta ja miksi ph-arvo pysyy ähes muuttumattomana pienten happo-/emäsisäysten jäkeen. 5

Esimerkki 5 a) Osoita reaktioyhtäöin, että NH 3 /NH 4 C-iuos voi toimia puskuriiuoksena. b) Puskuriiuoksessa c NH 3 = 0,25 ja c NH + 4 = 0,25 ja sen ph on 9,26. Laske, kuinka monta ph-yksikköä ja mihin suuntaan puskuriiuoksen pharvo muuttuu, kun itraan tätä iuosta isätään 10 m suoahappoa, jonka konsentraatio on 2,0. Ratkaisut a) NH 3 /NH 4 C-iuos toimii puskuriiuoksena seuraavasti: Kun iuokseen isätään happoa, ei kun oksoniumionikonsentraatio kasvaa, protoysoitumattomat ammoniakkiekyyit toimivat emäksenä ja neutraoivat isätyn hapon. Reaktioyhtäö on täöin NH 3 aq + H 3 O + aq NH 4 + aq + H 2 O. Vastaavasti, kun iuokseen isätään emästä, ei kun hydroksidi-ionien konsentraatio kasvaa, niin ammoniumionit neutraoivat isätyn emäksen. Reaktioyhtäö on täöin NH 4 + aq + OH aq NH 3 aq + H 2 O. Ratkaisut (jatkuu) b) Akutiedot: c NH 3 = 0,25, c NH + 4 = 0,25, ph = 9,26, V puskuriiuos = 1, V HC = 10 m, c HC = 2,0. Lisätyn hapon ainemääräksi saadaan, n = c V n HC = 2,0 0,01 = 0,020. Koska vetykoridihappo on vahva happo se protoysoituu täydeisesti. Näin oen iuokseen muodostuu 0,020 mooia oksoniumioneita. a)-kohdan reaktioyhtäöiden nojaa tehty happoisäys kuuttaa 0,020 mooia ammoniakkia ja vastaavasti ammoniumionien ainemäärä kasvaa 0,020 mooia. Uudet konsentraatiot ovat (uudea tiavuudea!) c NH 3 = c NH 4 + = 0,25 0,020 1,010 0,25 + 0,020 1,010 = 23 0,2277 101 = 27 0,2673 101 6

Ratkaisut (jatkuu) Ratkaistaan OH ammoniakin emäsvakion ausekkeesta K b = NH 4 + OH NH 3 OH = K b, NH 3 NH 3 + OH = 1,8 10 5 0,2277 NH 4 0,2673 = 23 1500000 Liuoksen ph-arvoksi tuee OH 5 1,53 10 ph = 14,00 poh = 14 g 1,53 10 5 9,1856 9,19. ph-arvon muutos on siten (itseisarvo antaa ukuarvon, suunta pääteään) ph = 9,26 9,1856 0,07436 0,070 Ja iuos muuttuu happamammaksi, koska ph-arvo pienenee. Hendersson-Hassebach yhtäö: Hendersson-Hassebach yhtäön avua voidaan arvioida ph, jossa hapon ja sen vastinemäksen konsentraatiot ovat ikipitäen yhtäsuuret. Yhtäö on muotoa ph = pk a + g A HA. Kun ph < pk a, niin happomuodon konsentraatio HA on suurempi kuin emäsmuodon konsentraatio A. Kun ph = pk a, HA = A. Kun ph > pk a, niin emäsmuodon konsentraatio A on suurempi kuin happomuodon konsentraatio HA. 7

Puskuroitu ja puskuroimaton särkyääke puskuroimaton puskuroitu 8