6 Kiseline Baze Soli 1 Dio

1

2

3

KISELINE,KISELINE, BAZE, BAZE, SOLISOLI

4

KISELINEKISELINE II BAZE BAZE

5

DEFINICIJE (TEORIJE)DEFINICIJE (TEORIJE)

KISELINA I BAZAKISELINA I BAZA

6

1.) ArrheniusovaArrheniusova definicija kiselina i baza definicija kiselina i baza(“teorija elektrolitičke disocijacije”) temelji se na disocijaciji vode:

H O H + OH2+ _

KISELINE – tvari koje otapanjem u vodi povećavaju koncentraciju oksonijevih iona

(H3O+)

BAZE – tvari koje otapanjem u vodi povećavaju koncentraciju hidroksidnih (OH−) iona

Svante Arrhenius (1859.-1927.), švedski kemičar, Nobelova nagrada 1903.

“Teorija elektrolitičke disocijacije” – 1887.g.

Definicije kiselina i baza

7


8

2.) BrBrøønsted-Lowryjevansted-Lowryjeva definicija kiselina i baza definicija kiselina i baza(“teorija protolitičke disocijacije”)

KISELINE – donori protona

BAZE – akceptori protona

Johannes Nicolaus Brønsted (1879.-1947.), danski kemičar

Thomas Martin Lowry (1874.-1936.), britanski kemičar


Teorija protolitičke disocijacije – 1923.g.

9


10


11

– prednost Brønsted-Lowryjeve definicije u odnosu na Arrheniusovu →

→ tumačenje protonskih reakcija u nevodenom mediju:NH4Cl(am) + NaNH2(am) NaCl(am) + 2 NH3(l) K B sol otapalo


12

3.) LewisovaLewisova definicija kiselina i baza definicija kiselina i baza

KISELINE – molekule ili ioni koji mogu primiti elektronski par od nekog drugog atoma

akceptori elektrona

BAZE → donori elektrona

Gilbert Newton Lewis (1875.-1946.), američki kemičar

Teorija kiselina i baza – 1938.g.


13


BAZA KISELINA

N +

H

H

H

B H

H

H

N

H

H

H

B H

H

H

..

koordinativna veza

14

4.) Cady-Elseyeva teorija otapala (1928.)Kiselina – tvar koja proizvodi pozitivne ione otapalaBaza – tvar koja proizvodi negativne ione otapala

2 H2O H3O+ + OH–

2 NH3 NH4+ + NH2

–

Još neke definicije Još neke definicije kiselina i bazakiselina i baza


5.) Usanovičeva teorija (1939.)“Kiselina je bilo koja kemijska vrsta koja reagira s bazama, otpušta katione ili prima anione ili elektrone i obrnuto, baza je bilo koja kemijska vrsta koja reagira s kiselinama, otpušta anione ili elektrone ili se kombinira s kationima.”

→ → obuhvaća i redoks proceseobuhvaća i redoks procese

15

6.) Lux-Floodova definicija (1939., 1947.)Kiselina – akceptor oksidaBaza – donor oksidaCaO + SiO2 CaSiO3

CaO + CO2 CaCO3

B K → tumači reakcije koje se odvijaju bez otapala (npr. u taljevini)


16

5.) Pearsonova teorija (1960.-ih) tvrdih i mekih kiselina i baza (HSAB – engl. hard and soft acids and bases)

“Tvrda kiselina preferira reagirati s tvrdom bazom, meka kiselina preferira reagirati s mekom bazom.”

– zasniva se na nekoliko fizikalno-kemijskih parametara prema kojima se atomi, molekule, odn. ioni razlikuju kao tvrde ili meke kiseline ili baze

17

KOJE TVARI SUKOJE TVARI SU

(ARRHENIUSOVE)(ARRHENIUSOVE)

KISELINE ?KISELINE ?

18

1. Kovalentni spojevi bez kisika a) kovalentni hidridi b) kovalentni spojevi bez kisika (koji se

ne ubrajaju u hidride)

2. Oksokiseline

3. Karboksilne kiseline

Koje tvari su (Arrheniusove) kiseline?

− orijentacijska podjela:

19

1. Kovalentni spojevi bez kisika

a) kovalentni hidridi

Formula i naziv kov. hidrida

Formula i naziv odgovarajuće kiseline

HF(g) – fluorovodik HF(aq) – fluorovodična kiselinaHCl(g) – klorovodik HCl(aq) – klorovodična kiselinaHBr(g) – bromovodik HBr(aq) – bromovodična kiselinaHI(g) – jodovodik HI(aq) – jodovodična kiselinaH2S(g) – sumporovodik H2S(aq) – sumporovodična kiselina


20


21


22

b) još neki kovalentni spojevi bez kisika

(ne ubrajaju se u hidride)

Formula i naziv spoja Formula i naziv odgovarajuće kiseline

HCN(l) – cianovodik HCN(aq) – cianovodična kiselina

HN3(g) – dušikovodik HN3(aq) – dušikovodična kiselina


23

H2SO4 – sumporna kiselinaHNO3 – dušična kiselinaH3PO4 – fosforna kiselina

H3PO3 → H2PHO3 – fosforasta kiselina H3PO2 → HPH2O2 – hipofosforasta kiselina

“H2CO3” – ugljična kiselina “H2SO3” – sumporasta kiselina

itd.

2. Oksokiseline


24


25

– skraćeni zapis disocijacije (ionizacije) sumporne kiseline:


2

2

2

H O +2 4 4

H O + 24 4

H O + 22 4 4

( ) ( )( ) ( )

1. stupanj: H SO (l) H aq + HSO aq2. stupanj: HSO aq H aq + SO aq

sumarno: H SO (l) 2H aq + SO aq

( )

( ) ( )

26

(a) uz poštivanje valencija

Lewisove strukturne formule nekih oksokiselina

(b) uz poštivanje okteta

– sumporna kiselina, H2SO4


S

H

O

O

O

O H....

..

.. ..

..

..

..

S

H

O

O

O

O H.. ..

..

.. ..

..

..

....

..

_

_ 2+

27

– dušična kiselina, HNO3

+N

H

O

O

O.... ..

..

..

.... _


28

– neke kiseline fosfora

– fosforna kiselina, H3PO4

→ troprotonska kiselina

– fosforasta kiselina, H3PO3 → H2PHO3

→ dvoprotonska kiselina

– hipofosforasta kiselina, H3PO2 → HPH2O2

→ jednoprotonska kiselina


P

H

O

O

H

..

..

..

..

H

P

H

O

O

O H.. ..

..

..

..

..

H

P

H

O

O

O

O H....

.... ..

..

..

..

H

29

model molekule H3PO4


30

Procesi prilikom otapanja ugljikovog(IV) oksida u vodi:1.) fizičko otapanje plina u vodi:

CO2(g) CO2(aq)

2.) kemijska reakcija hidratiziranih molekula s vodom:

1. stupanj: CO2(aq) + 2 H2O(l) H3O+(aq) + HCO3(aq)

2. stupanj: HCO3(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + CO3

2(aq)

sumarno: CO2(aq) + 3 H2O(l) 2 H3O+(aq) + CO32(aq)

H O2

– H2CO3 i H2SO3 – što je to?Koje tvari su (Arrheniusove) kiseline?

31

→ dakle, nije dokazano postojanje molekula H2CO3

→ nije sasvim opravdano pisati jednadžbe disocijacije / ionizacije koje uključuju H2CO3, npr:

H2CO3(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + HCO3(aq)

i sl.


32

– prethodno navedeno za ugljičnu kiselinu (H2CO3), analogno vrijedi i za sumporastu kiselinu (H2SO3)


33

Anhidridi oksokiselina– oksidi nemetala koji u kemijskoj reakciji s vodom, kao

jedini produkt, daju odgovarajuću oksokiselinu

– središnji atom nemetala – ne mijenja oksidacijsko stanje

CO2 + H2O H2CO3

SO2 + H2O H2SO3

N2O5 + H2O 2 HNO3

P4O10 + 6 H2O 4 H3PO4

Cl2O7 + H2O 2 HClO4


34

3. Karboksilne kiseline

R CO

O Halkilna ili arilna skupina

karboksilna skupina

– disocijacija karboksilnih kiselina:

karboksilatni ion

R C H + O

O H+H O2

O

OR C _


35

– neke karboksilne kiseline:Sustavni (trivijalni)

nazivKondenzirana strukturna

formula

metanska (mravlja) kiselina HCOOHetanska (octena) kiselina CH3COOH

propanska (propionska) kiselina CH3CH2COOH

butanska (maslačna) kiselina CH3(CH2)2COOH

pentanska (valerijanska) kiselina CH3(CH2)3COOH

2-hidroksipropanska (mliječna) kiselina CH3CH(OH)COOH

benzenkarboksilna (benzojeva) kiselina C6H5COOH

2-hidroksibenzenkarboksilna (salicilna) kiselina o-HOC6H4COOH

etanska dikiselina (oksalna) kiselina HOOCCOOHpropanska dikiselina (malonska) kiselina HOOCCH2COOH

butanska dikiselina (jantarna) kiselina HOOCCH2CH2COOH

3-hidroksi-3-karboksipentanska dikiselina (limunska k.) HOOCCH2C(OH)(COOH)CH2COOH

1,2-benzendikarboksilna kiselina (ftalna kiselina) o-C6H4(COOH)2


36

JAKOST KISELINA JAKOST KISELINA − −

RAVNOTEŽA U VODENIM RAVNOTEŽA U VODENIM

OTOPINAMA KISELINAOTOPINAMA KISELINA

37

– neka (neodr.) monoprotonska kiselina ionizira po modelu:

HA(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + A−(aq)

→ što je ravnoteža ove reakcije više pomaknuta u smjeru produkata → kiselina je jača

Jakost kiselina

38

jake kiseline

slabe kiseline

rela

tivna

kon

cent

raci

jare

lativ

na k

once

ntra

cija

Jakost kiselina

prije disocijacije

nakon disocijacije

39

– ravnoteža* u otopini neke monoprotonske kiseline opisana je konstantom disocijacije:

*podsjetnik: HA(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + A−(aq)

– što je kiselina jača → veća je vrijednost Ka

a – od engl. acid

H O A3 + . ]

_

K =]

] HA[

[ [ a

Jakost kiselina

40

Naziv kiseline Jednadžba disocijacije Ka / mol dm−3

cianovodična kiselina HCN H+ + CN− 4,0 · 10−10

cianska kiselina HOCN H+ + OCN− 1,2 · 10−4

dušikasta kiselina HNO2 H+ + NO2− 4,5 · 10−4

dušikovodična kiselina HN3 H+ + N3− 1,9 · 10−5

fluorovodična kiselina HF H+ + F− 6,7 · 10−4

hipobromasta kiselina HBrO H+ + BrO− 2,1 · 10−9

hipoklorasta kiselina HClO H+ + ClO− 3,2 · 10−8

klorasta kiselina HClO2 H+ + ClO2− 1,1 · 10−2

– konstante disocijacije nekih monoprotonskih kiselina, pri 25 ºC

Jakost kiselina

41

– konstante disocijacije nekih poliprotonskih kiselina, pri 25 ºC:

Naziv kiseline Jednadžba disocijacije Ka / mol dm−3

fosforasta kiselina H3PO3 H+ + H2PO3−

H2PO3− H+ + HPO3

2−

1,6 · 10−2

7,0 · 10−7

fosforna kiselina H3PO4 H+ + H2PO4−

H2PO4 − H+ + HPO4

2−

HPO42− H+ + PO4

3−

7,5 · 10−3

6,9 · 10−8

1,0 · 10−12

sumporasta kiselina SO2 + H2O H+ + HSO3−

HSO3− H+ + SO3

2−

1,3 · 10−2

5,6 · 10−8

sumporna kiselina H2SO4 H+ + HSO4−

HSO4− H+ + SO4

2−

(jako dis.)1,3 · 10−2

ugljična kiselina CO2 + H2O H+ + HCO3−

HCO3− H+ + CO3

2−

4,2 · 10−7

4,8 · 10−11→ sljedeći stupanj disocijacije – slabija disocijacija nego u prethodnom

Jakost kiselina

42

– orijentacijske podjele kiselina prema jakosti, a u vezi s vrijednostima Ka:

vrlo jake: Ka ≈ 103 - 109

jake: 10−2 < Ka < 103 slabe: 10−7 < Ka < 10−2

vrlo slabe: Ka < 10−7

ili

jake: Ka > 1 (najčešće u primjeni: HClO4, HNO3, H2SO4, HCl)slabe: Ka < 1 (najčešće u primjeni: H3PO4, HF, H2S, H3BO3)

ili: jake, srednje jake i slabe

Jakost kiselina

43

Kakva je veza strukture i jakosti kiselina?Kakva je veza strukture i jakosti kiselina?

1.) kovalentni hidridi HnA−slabija kovalentna veza H A → jača kiselina

HF HCl HBr HI

energija veze H−X (kJ mol−1) 566 431 366 299

redoslijed jakosti kiselina HF << HCl < HBr < HI

− HF − slaba kiselina → zbog vodikovih veza

− pravilnost uočena kod halogenovodika (HF, HCl, HBr, HI), analogna je i u halkogenovodika (H2S, H2Se, H2Te): dakle, redoslijed jakosti ovih kiselina je: H2S < H2Se < H2Te

Jakost kiselina

44

1.) oksokiseline− visoka polarnost O H veze je jedan od uzroka kiselosti

protona u OH skupini− različita polarnost O H veze u različitim kiselinama →

razlika u jakosti tih kiselina

− u seriji oksokiselina istog središnjeg atoma nemetala − jakost kiselina raste s porastom broja kisikovih atoma, npr: HNO2 < HNO3

H2SO3 < H2SO4

HClO < HClO2 < HClO3 < HClO4

Jakost kiselina

45

→ veći broj atoma kisika na središnjem atomu nemetala → veća polarnost O H veze → jača kiselina

HClO HClO2 HClO3 HClO4

Ka / mol dm−3 2,9 · 10−8 1,12 · 10−2 ≈ 1 > 107

Jakost kiselina

46

KOJE TVARI SUKOJE TVARI SU

(ARRHENIUSOVE) (ARRHENIUSOVE)

BAZE ?BAZE ?

47

1.) Hidroksidi metala1.) Hidroksidi metala NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2

Fe(OH)3, Cr(OH)3, ...

− općenito, disocijacija hidroksida metala M u vodi:

M(OH)n(s) Mn+(aq) + n OH−(aq)H O2

Koje tvari su (Arrheniusove) baze?

48

Anhidridi hidroksida– oksidi metala koji u kemijskoj reakciji s vodom, kao

jedini produkt, daju odgovarajući hidroksid

– središnji atom metala – ne mijenja oksidacijsko stanje

Na2O + H2O 2 NaOH

CaO + H2O Ca(OH)2

Fe2O3 + 3 H2O 2 Fe(OH)3


49

2.) Kovalentni spojevi2.) Kovalentni spojevi

... koji s vodom reagiraju prema jednadžbi:

B: + H2O BH+ + OH−

→ najvažniji: amonijak (NH3) i derivati amonijaka


50

1.) fizičko otapanje plina u vodi:

NH3(g) NH3(aq)

2.) kemijska reakcija dijela hidratiziranih molekula s vodom:

NH3(aq) + 2 H2O(l) NH4+(aq) + OH−(aq)

→ molekula NH4OH − nije pronađena, dakle spoj “amonijev hidroksid” ne postoji

H O2

– Što se događa prilikom otapanja amonijaka u vodi?


51

Struktura amonijaka:

N H

H

..H


52

Neki derivati amonijaka:

hidrazin, N2H4 hidroksilamin, NH2OH


N O

H

....

H

H ..N N

H

....

H

H H

53

Neki derivati amonijaka − organski amini:

N H

H

.. CH

H

H

N H ..

CH3

CH3

3

N CH ..

CH3

CH

3

− metilamin, CH3NH2 (primarni amin)

− dimetilamin, (CH3)2NH (sekundarni amin)

− trimetilamin, (CH3)3N (tercijarni amin)


54

CH NH2 2

− anilin, C6H5NH2 2NH

− benzilamin, C6H5CH2NH2


55

JAKOST BAZA JAKOST BAZA − −

RAVNOTEŽA U VODENIM RAVNOTEŽA U VODENIM

OTOPINAMA BAZA OTOPINAMA BAZA

56

1.) Hidroksidi metala − jakost hidroksida metala kao Arrheniusovih baza − ovisi

ponajprije o karakteru veze M–OH:

→ što je veća razlika elektronegativnosti između M i O → disocijacija je lakša → hidroksid je u vodenoj

otopini više disociran

Jakost baza

− među hidroksidima − jake baze:LiOHNaOHKOH Ca(OH)2

RbOH Sr(OH)2

CsOH Ba(OH)2

− hidroksidi ostalih metala (kako glavnih skupina tako i

prijelaznih metala) − slabo se otapaju u vodi → slabe baze

57

Jakost baza

58

BAZA

HIDROKSID

LUŽINA

?

Jakost baza

59

− HIDROKSIDI − kemijski spojevi, npr.:NaOH(s) − natrijev hidroksidCa(OH)2(s) − kalcijev hidroksidZn(OH)2 − cinkov(II) hidroksiditd. ...

− LUŽINE − vodene otopine hidroksida koji se dobro otapaju u vodi

− dakle, lužine mogu tvoriti samo:LiOH Be(OH)2

NaOH Mg(OH)2

KOH Ca(OH)2

RbOH Sr(OH)2

CsOH Ba(OH)2

pora

st j

akos

ti

pora

st j

akos

ti

Jakost baza

60

− ostali hidroksidi − teško topljivi u vodi

M(OH)n(s) Mn+(aq) + n OH−(aq)

− ravnoteža u takvim sustavima opisuje se konstantom produkta topljivosti (KS, KSO, nekad KSP) hidroksida:

H O2

M OH n+ . ] _

K = ] [ [ sn

hidroksidi KSO

Al(OH)3 5 · 10−33 mol4 dm−12

Fe(OH)2 1,8 · 10−15 mol3 dm−9

Fe(OH)3 6 · 10−38 mol4 dm−12

Ni(OH)2 1,6 · 10−16 mol3 dm−9

− neki primjeri (25 ºC):

Jakost baza

61

– ravnoteža* u otopini neke Brønstedove baze (npr. NH3) opisana je konstantom disocijacije, Kb:

BH OH+ . ]

_

K =] [ [

b ] B[

*podsjetnik: B:(aq) + H2O(l) BH+(aq) + OH−(aq)

Jakost baza

62

Naziv baze Jednadžba disocijacije Kb / mol dm−3

anilin C6H5NH2 + H2O C6H5NH3+ + OH−

4,6 · 10−10

hidrazin N2H4 + H2O N2H5+ + OH− 9,8 · 10−7

hidroksilamin NH2OH + H2O NH3OH+ + OH− 1,1 · 10−8

dietilamin (CH3CH2)2NH + H2O (CH3CH2)2NH2+ + OH− 8,6 · 10−4

metilamin CH3NH2 + H2O CH3NH3+ + OH− 4,4 · 10−4

dimetilamin (CH3)2 NH + H2O (CH3)2NH3+ + OH− 7,4 · 10−4

piridin C5H5N + H2O C5H5NH+ + OH− 1,5 · 10−9

Jakost baza

– konstante ionizacije nekih baza, pri 25 ºC

Documents

6 Kiseline Baze Soli 1 Dio