CHIMIE

CURS NR. 5

CURS NR. 6

6.1. Echilibrul chimic

Reaciile chimice reprezint n esen o transformare a unor substane (reactani) n altele (produi de reacie) prin cedarea sau acceptarea ntre acestea a unor particule (protoni, electroni, ioni).

Fie o reacie chimic:

aA+bB

2

1

cC+dD

RiRi

2

1

PjPj

Ri = A, B reactani Pj = C, D produi de reacie Ri, Rj = coeficieni stoechiometrici ai acestora Echilibrul chimic (din punct de vedere cinetic ) reprezint starea

sistemului chimic atunci cnd viteza reaciei directe (1) este este egal cu viteza reaciei inverse (2).

Conform cineticii formale: bBa

A CCkvv 1

dDc

C CCkvv 2

iar la echilibru avem: 21 vv sau vv i d

D

c

C

b

B

a

A CCkCCk .Din aceast ecuaie rezult:

b

B

a

A

d

D

c

C

CC

CC

k

kK

sau general:

Ri

JP

J

Rii

Pj

C

CK

Relaiile de mai sus reprezint expresia matematic a Legii aciunii maselor (Legea Guldberg- Waage)

ntr-un sistem chimic (reacie chimic) aflat la echilibru, raportul produsului concentraiei produilor de reacie i al produsului concentraiei reactanilor, ridicate la coeficienii lor stoechiometrici, este o constant. (la p i T constant).

6.2. Echilibre acido- bazice

6.2.1. Produsul ionic al apei. Noiunea de pH.

n teoria protolitic (Brnsted) acizii reprezint substane capabile s cedeze protoni, iar bazele s accepte.

Apa este o substan amfoter avnd un comportament opus substanei cu care interacioneaz.

n apa pur apare un echilibru prin care apa disociaz n ioni proprii manifestnd caracterul amfoter amintit:

HOHHOH

OHHO 3

Sau OH 2

K HOH

Conform legii aciunii maselor:

OH

HOH

C

CCK

2

Valoarea foarte mic a CH+ i CHO- conduce la: (iar CH+ = CHO-) 2214

210

HOHHOHOHCCCCCKPi

1410Pi ionigram2/litru2 n condiii standard (298Ki 1atm.). Deci litruionigramCC

HOH/10 7 .

Introducnd acizi n ap va crete concentraia de hidrogen (CH+) i proporional, innd cont de Pi scade concentraia ionilor de hidroxil (CHO-).

Folosirea acestor concentraii mici exprimate in baza zece nu este comod n prezentarea aciditii sau bazicitii soluiilor (mediilor) i de aceea Srensen a introdus noiunea de pH, adic exponentul cu semn schimbat a concentraiei ionilor de hidrogen.( pH=-lgCH

+).

n mod analog se definete noiunea de pOH, adic exponentul cu semn schimbat n baza zece a concentraiei ionilor de hidroxil (pOH=-lgCHO

-):

pH

HC 10 i POH

HOC

10_

dar 1410_

HOHCCPi

14101010 pOHpH

14)( 1010 pOHpH

deci: 14 pOHpH

Deci un pH al unei soluii cu valori 0-1 indic un mediu puternic acid, 7 reprezint o soluie neutr, iar valori de 13- 14 reprezint un mediu puternic bazic. Astfel, scara de pH: 0- 14 reprezint o scar a concentraiei ionilor de hidrogen (exponentul cu semn schimbat n baza 10 a acestora).

Definitia pH-ului pH este prescurtarea de la "pondus hydrogenii". Noiunea a fost

introdus de ctre S.P.L. Sorensen, n anul 1909, pentru a exprima concentraii mici de ioni de hidrogen si a fost definit ca logaritmul zecimal cu semn schimbat al concentraiei ionilor de hidrogen.

pH=-lg[H+]

Soluiile acide au pH cuprins intre 0-7. Soluiile bazice au pH cuprins intre 7-14. Soluiile cu pH=7 nu sunt nici acide nici bazice, sunt neutre. Apa pur la temperatura de 25C are pH=7.

H2O + H2O H3O+ + HO-

KW=[H3O+][HO-]

6.2.2. Calculul pH- ului soluiilor de acizi, baze, sruri, sisteme tampon acido- bazice.

a)Acizi

Conform teoriei Brnsted acizii sunt substane care n soluie apoas genereaz ioni de hidrogen. Cu ct i cedeaz mai uor, cu att vor avea trie mai mare.

a.1.)Acizii tari disociaz total n protoni i radicalul acid n soluii diluate astfel c reacia este total deplasat spre dreapta:

HA? H + A

A= F, Cl, Br, I, NO3, ClO4, sau pentru acizi diprotici SO 24

.

Deci putem spune c: 0HAH CC (concentraia iniial a

acidului). 011 HAH gCgCpH

Exemplu:

Soluie 1N acid clorhidric ( 10 HClC )

pH= - lg 1= 0

Soluie 0,1 acid clorhidric ( 1,00 HClC =110 )

pH= 0,1101 1 g

a.2.)Acizii slabi disociaz parial iar echilibrul este dat de constanta de aciditate:

HA

HAK AH

HA

AH

HAC

CCK

=

HHA

AH

CC

CC0

iar

0

2

02

0

2

420 HAHA

HAHAHAHAHAHH

HHA

HHAAH

CKKK

CKKCCCC

CKCC

02

2HAHAHA

HA

HCKK

KC

0

2

0

2

4lg

2

12lg

4lg

2

1

211 HAHA

HA

HAHAHA

HAHA

HCK

KpKCK

KKggCpH

ntr-o prim aproximaie calculul poate fi simplificat i anume: HC are

valori foarte mici deci 00 HAHHA CCC iar 0

0

2

HAHAHHA

HHA CKC

C

CK

000 lg2

1

2

1lg

2

1lg

2

1lglg HAHAHAHAHAHAH CpKCKCKCpH

(unde HAHA pKK lg )

Exemplu:

Soluie 1 N acid acetic, 5103

COOHCHK

5,202

15

2

1pH

Soluie 0,1 N acid acetic, 5103

COOHCHK

0,3)1(2

15

2

1pH

b) Baze

Conform teoriei Brnsted bazele sunt substane care accept protoni i, prin intermediul ionilor de hidroxil pe care i genereaz n soluie apoas:

BOH HOB

HOH

OH 2

n mod analog se poate calcula pOH soluiilor bazelor iar pH= 14- pOH.

b.1)Bazele tari, deci disociaz total n cationi i ioni hidroxil: HOBBOH

B= Li, Na, K, Rb, sau pentru cationi divaleni: Ca, Ba. Deci, putem spune c: 0BOHHO CC (concentraia iniial a bazei).

00 lg14lglg BOHBOHHO CpHCCpOH

Exemplu:

Soluie 1N hidroxid de sodiu ( 10 NaOHC )

pOH= - lg1= 0 deci pH= 14- pOH= 14- 0= 14

Soluie 0,1 N hidroxid de sodiu ( )101,0 10 NaOHC

pOH=-lg10 1 =1 deci pH= 14- 1= 13

b.2)Bazele slabe, disociaz parial, iar echilibrul este dat de

constanta de bazicitate: BOH

BOHK

HOB

HOBOH

HOB

BOH

HOB

BOHCC

CC

C

CCK

0 analog la acizii slabi rezult:

02lg2

1lglg HABOHBOHBOHHO CKKKCpOH

02lg2

11414 HABOHBOHBOH CKKpKpOHpH

ntr-o prim aproximaie calculul poate fi simplificat i anume:

CHO- are valori foarte mici, deci: 00 BOHHOBOH CCC iar

0

0

2

BOHBOHHO

BOH

HO

BOH CKCC

CK

00 lg2

1

2

1lg

2

1lg

2

1BOHBOHBOHBOH CpKCKpOH

0lg2

1

2

114 BOHBOH CpKpH (unde BOHBOH pKK lg )

Exemplu:

Soluie 1N hidroxid de amoniu, 5104

OHNHK

5,1102

15

2

114 pH

Soluie 1N hidroxid de amoniu, 5104

OHNHK

0,11)1(2

15

2

114 pH

c) Sruri Sunt substane formate dintr-un cation B i un anion A , corespunztor bazei (BOH) i acidului (HA) care printr-o reacie de

neutralizare ( HHO

OH 2 ) o genereaz.

Fiind substane ionice n soluie apoas pot fi disociate electrolitic n ionii proprii:

BA solid? BA soluie ? )()( aqaq AB

Ionii B+ i A- aquasolvatai pot interaciona cu moleculele de ap, reacie care poart numele de hidroliz. Hidrolizeaz cationi corespunztori bazelor slabe (B = .,,, 2234 etcZnMgAlNH

) i anionii

corespunztori acizilor slabi ( .,, 2233 _ etcSSOCOOCHA ). Ceilali tari

nu dau reacie de hidroliz.

COONaCH 3 (Na+ fiind cation al unei baze tari nu d reacie de

hidroliz).

OHCOOCHNa 23

NaHOCOOHCH 3

sau OHCOOCH 23

K HOCOOHCH 3

OHCOOCH

HOCOOHCH

CC

CCK

23

3

Concentraia apei nu se modific esenial deoarece un numr foarte mic de ioni acetat reacioneaz i deci intr n constant:

COOCH

HOCOOHCH

OHhC

CCCKK

3

3

2

nlocuim

HH

HO CC

PiC

1410

i

rezult: 1414 101

10

33

3

COOHCHHCOOCH

COOHCH

hKCC

CK

n mod analog se calculeaz pentru reacia de hidroliz a unui cation B+, corespunztor unei baze slabe (NH4+).

Exemplu:

NH4Cl

OHClNH 24

ClHOHNH 4

final OHNHS pKCpH 42

1lg

2

17

Exemplu: NCCNHsare

1,04

5;1044

5 OHNHOHNH pKK

0,552

1)1(

2

17 pH

d.)Soluii tampon acido- bazice

Sunt sisteme chimice care preiau un oc de pH provocat la introducerea n cantiti mici de acizi sau baze puternice.

n principiu, ionii de H+ sau de HO- la introducerea de acizi respectiv baze tari sunt transformai n acizi slabi sau baze slabe de ctre sistemul tampon.

Sistemele tampon acido- bazice sunt formate:

d.1.)Dintr-un acid slab HA i o sare NaA (format din anionul acidului slab i cationul unei baze tari, ex. NaOH)-tampon acid

d.2)Dintr-o baz slab BOH i o sare BCl (format din cationul bazei slabe i anionul unui acid tare, ex. HCl)-tampon bazic

Calculul pH-ului soluiilor tampon d.1) sare ANaNaA

acid HA

HAK AH

00

0

acid

sareH

HA

NaAH

HA

AH

HAC

CC

C

CC

C

CCK

0

0

sare

acid

HAH C

CKC , la concentraii egale ( 1,0

00 sareacid CC )

HAHAHpKpHKC

La introducerea unei mici cantiti de acid tare ( ) sau baz tare ( ) spre exemplu 10% din concentraia solutiei tampon 1,000 sareacid CC

, adic apoximativ 0,01 au loc reaciile: ) H + NaA ? Na + HA ( acid slab ),

)HO + HA ? A + H2O ( anion cu hidroliz slab bazic ) Preluarea acestui oc de pH poate fi exemplificat prin calcule:

a) 01,1 acidacid CC iar 09,0 saresare CC

9,0

1,1

9,0

1,10

0

HA

sare

acid

HA

sare

acid

HAHOK

C

CK

C

CKC

2,09,0

1,1lglg HAHAH pKpKCpH

n mod analog pentru cazul b): pH= pKHA+ 0,2. Deci la introducerea unei mici cantiti de acid

tare sau baz tare se produc mici variaii ( nesemnificative ) n prezena unei soluii tampon.

V MULUMESC PENTRU ATENIE !