Predavanje 9 by Auxilia

(OTOPINE, OSMOZA,KINETIKA) PONAVLJANJE

- 9.predavanje

ZADACI: 1 . P r it e m p e r a t uordi 2 0 o C t l a k p a r e c i s t o g m e t ajneo0l,a1 2 3 7 b a r aa,d i s t o g e t a n o l a tlakovimetanola(M) i etanola(E) u otopinikojaje 0,0579bara.Kolikisu parcijalni 40 g metanolai 200 g etanola?Kolikijeukupnitlakpareotopine? dobivenamije5anjem

otopi0,512g je na 80,6oC.Ako se u 7,03g naftalena 2. Ledi5tedistognaftalena je naftalena konstanta otopinaima ledi5tena75,2oC.Krioskopska nekogneelektrolita, l zra j l a rn umasuneelektr olita! . d u n amo 6 , 8 0K m o l-1 k9

osmotskitlakotopineu kojojje 20 g otopineje 20oC.lzradunaj 3. Temperatura glukoze(C6H1206) u 250 ml otopine! otopljeno

-> 2cliuo,+ ClOl j" 3,6 4. a) Brzinanastajanjakloridnogionau reakciji3ClO."q; <uol CIO? K o l i kaj e b rzi n ara sp a danja m o l l - 1 m i n.-1 N, (n)+ 3Hr,n, amonijaka, postupkuindustrijskog dobivanja b) U Haber- Boschovom -> 2NH3,n, je amonijaka , brzinanastajanja vodika? koncentr acije o l.i kaj e br zinapr ir asta 2 , 7 * 1 0 -3 mo l l -1 mi nK-1

RAVNoTEZaxeu l..rsKt H REAKctJA - katkadsu koncentracije zaostalih reaktanata takomaleda se u reakcijskoj smjesi gotovone mogudokazati,pa se za takvereakcijeobidnokaZeda idu do kraja - medutim,mnogoje veci broj reakcijapri kojimau reakcijskoj smjesizaostaje znatnakolicinapolaznihtvarikojase s vremenomne mijenjajer se uspostavila kemijska ravnoteZa :> Kako se uspostavljakemijskaravnotela? - kakobi se dobioodgovorna to pitanje,znanstvenici su provelinizpokusa,pa se pojednostavljeno njihovaispitivanja moguprikazati zami5ljenom kemijskom reakcijom: A, + BrZ22AB - jednostavnim pa je time sudarommolekula A, i B, one se moguraspasti, pregrupiranje omoguceno atomai nastajanje AB. Nastajanje dvijunovihmolekula jer medusobno molekula AB omogucava povratnureakciju sudaranje molekulaAB moZe uzrokovati njihovraspadi pregrupiranje (pogledati natragu molekule A2 i 82. slikudolje kojagrafickipokazuje tok zami5ljene reakcije!)Na samompocetkureakcijet: 0, u reakcijskoj su posudisamomolekule 42 i B2 nekihpocetnihkoncentracija. Polazna pocinje reakcija odredenombrzinomvo. Povratnareakcijau tom vremenunijemoguca jer molekula AB nema,paje brzinapovratnereakcijevo'jednakanuli.e im reakcija zapodne, koncentracije reaktanata se smanjuju,pa se ibrzinapolaznereakcijesmanjuje je zatoSto brzinareakcijeproporcionalna koncentraciji tvari.U vremenut., brzina polaznereakcijece se smanjitina v j,a u istomvremensko intervalu koncentracija molekula AB ce rasti,pa ce brzinapovratnereakcijeporastina v.,'.Kakoje brzina polaznereakcijeu vremenut.,vecaod brzinepovratnereakcije,Azi82 6e se troSitibrZe negoSto6e se stvaratipovratnom reakcijom. Prirastkoncentracije A, i 82 bit ce zbog togamanjii uzrokovat ce daljnjesmanjenjebrzinepolaznereakcijena v2uvremenutr. lstodobno6e rastikoncentracija AB, pa ce zatobrzinapovratnereakcijeporastina vr'. - te ce se promjeneodvijatisve dok brzinapolaznereakcijevR ne postanejednaka brzinipovratnereakcijeVR'.U tom ce se trenutkuuspostaviti DINAMIdKARAVNOTEZA

Uspostovljonie kemijske rovnotete

v0'

vrijemâ&#x201A;Ź,I

- dinamicka ravnoteZa nekogsustavauspostavlja se pri odredenim uvjetimakadaje postignutodredenisastavsmjese,bez obzirana to polazili se od produkataili reaktanata

Konstantakemijskeravnoteie - velikbrojeksperimentalno podatakao sastavima reakcijskih razliditih dobivenih smjesau ravnoteZi dokazujeda se svakomravnoteZnom sustavumoZe,priodredenoj prpistai (K) ravnoteZe temperaturi, odredenakonstanta - GuldbergiWaagesu doSlido zakljucka produkata i koncentracije da mnoZinske u ravnoteZi su Zakon reaktanata zadovoljavaju nekumatematidku relacijui postavili kemijske ravnoteZe "Pristalnojtemperaturiomjerje umnoZakakoncentracija produkatai reaktanatapotenciranihapsolutnimvrijednostima njihovihstehiometrijskih jednadZba: stalan."Tajzakon brojeva za nekuopcukemijskureakcijukojupokazuje aA + bB5> cC + dD, matematidki iskazanglasi:K. : ""(c)*to(o) culA;* colB;

kemijske RAVNOTE2E Inema mjernejedinicel!!l]; K. je opciizrazza KONSTANTU reakcije - vrlo velikakonstantaravnoteie pokazujeda je za odredenureakcijukoncentracija produkatau ravnoteiimnogove6aod koncentracijereaktanata,pa se za takvereakcije smatrada napredujudo kraja. Kadje ta konstantajako mala, znaci da imamo vrlo malu koncentracijuprodukata,pa ta reakcijapri odredenimuvjetimaprakti1kinije ni mogu6a. Kad ta konstantanije ni mala ni velika,u ravnoteii su nazoini svireaktantii produktiu mjerljivim kolicinama. :> Kako se moZeutjecati na poloiaj ravnoteZe? - jednostavnopravilona temeljusvojiheksperimentalnih zapalanjaje postavioLe Chatelier. "Kadase na neki sustavkojije u ravnoteZi,djelujeizvana,susfav6e reagirati tako da to djelovanjesmanji." ''tj'llf"'r',1"'*"'"'' :t - npr.FeCl,+ 3NHoSCN :t : Fe(SCN). Kc + 3NHoCt ++ " c ( F e C l 3*) c ' I N H o S C N ; akose nakonuspostavljanja ravnoteZe u otopinudodamaloFeCl, , tj. poveca jednogod reaktanata, koncentracija ravnoteZa se pomideu smjerupovecanja produkata ravnoteZnih koncentracija kakobi vrijednost konstante ostalanepromijenjena. (NHoSCN), lstodobno 6e se samnjitiravnoteZna koncentracija ali i amonijeva tiocijanata (lll) klorida(FeCl.).Matematidki gledano,ako se povecajedanbroju dodanogZeljezova nazivniku, i brojnikse morapovecatida bi vrijednost razlomka(K.) ostalaista,a to 6e izazvalismanjenje kad drugogbrojau nazivniku. RavnoteZa ce se uspostaviti ponovnopostanutakveda se zadovolji konstante ravnoteZne koncentracije vrijednost ravnoteZe. - pomicanjekemijskeravnoteZeu smjerupolaznereakcijemoie se posti1ii jednog od produkata-> tako se gotovopotpunomogu iskoristitireaktanti odvodenjem - osimkoncentracijama, na poloZajravnoteZe se moZeutjecatii promjenom temperature,a i promjenomtlakaako se promijenivolumentijekomreakcije,npr. u reakcijisintezeamonijaka na poloZajravnoteZe tlakai moZese utjecatii promjenom promjenom temperature:

ffi

ffil 2V

U reokcijidutikq i vdika reoktonti zauzimoju &tiri volumeno,o produkti rr'nn dw. Zato Cesepovilenjemtloka rakciio Wnicati u smieruMstdionia prodeiata.

PROMJENAUVJETA Povecanie koncentraciie reaktanata Smanienie koncentraciie produkta Porast temperatureza egzotermne reakcije

Porasttlakana ravnoteZu Nr,^,*3H2/^\:

2NH"

PREMALE CHATELIEROVOM NACELU PoloZajravnoteZepomidese prema PRODUKTIMA Pololaj ravnote2epomidese prema PRODUKTIMA

pomidese prema PoloZaj ravnoteZe reakcija endotermna REAKTANTIMA lerpovratna aosorbira toolinu pomidese prema PoloZaj ravnoteZe jerje priistomtlakunjihov PRODUKTIMA volumenmaniiod volumena reaktanata

ZADATAK5. lzradunajte konstanturavnoteZe na temeljuslryedecih eksperimentalnih je podataka: u posuduod 5 dm3pritemperaturi od 500Kstavljeno 0,500molaklorai 0,250molaplinovitog broma.Pritoj temperaturi BrClu stvaraju6i elementireagiraju s k l a d us r ea kci j o m B rrrn+C l l r,n yq 4>2Br Cl,n,. r avnoteZe u posudi Nakonuspostavljanja i m a0 , 3 7mo l aB rC l ,n ,.

jako vaZnopoglavljeu kojemsve treba KISELINE, BAZE I SOLI (NAPOMENA. znati!!!!!!!!l!) :> Sto su kisetine,a Sto baze? - imamonekolikoteorija: 1 ) p o Arrh e n i u su : - kiselinesu tvarikoje u vodenimotopinamapoveCavajukoncentracijuvodikovih, odnosnooksonijevihprotona - baze su tvari koje disocijacijomu vodenimotopinamadaju hidroksidneione. Vodeneotopinetopivihhidroksidasu LUZ|Ne. 2) po Bry'nstedui Lowry - u: - kiselinesu tvari iz cijih se molekulatijekomneke kemijskereakcijemoZeodvojiti proton - tvari kod kojih molekuleimaju sposobnostprihvacanjaprotona tijekom kemijske reakcijejesubaze

Na primier:

r-.,n H - g J :* 1 9 _ ne [l H- - oI - Hl" l +

protondonor ffialt{

T t| " I

l : C l I:

t"l

proton-akceptor gA?tA

Strelkom se uvijek oznadavasmjer od slobodnogaelektronskogpara prema protonu, jer se proton premiestana molekuluproton-akceptora zbog djelovanianepodiieljenog para. elektronskog HC(g) + HrO(l) C HrO'(aq) + Cl-(aq) oksonljev kloridnri ion ion ili skra(eno

Hro' oksonijev ion

HCKg) + HrO(l) 1r Ht(aq) + Cl-(aq)

Na primjer

.ft, -N-

-+ â&#x201A;Ź-

t H+.O H "-\H

proton-akceptor

9r,e

t-l tl

l-NlH LH

-t[ f l:o-Hl

lHl

ll | ..

Znak H'(aq) zapravoznati hidratiziran vodikovion. gdie je HrO* hidratiziran naiviero,atniie s tri molekulevodepove_ zanevodikovomvezom. lzraz,,vodikov ion' koji !e Cestoupotreblfavaniie pof puno ispravan.

tl tl

proton-donor

KSAjNA

ili skra(eno; NH3(g)+HrO(l) p tlHo.(ag)+ OH-(aq) amonijev hidroksidni ion ion

- ta dva primjerapokazujukakou reakcijio partneru ovisihoceli se tvarponasatikao kiselinaili kao baza.U prvomprimjeruvodase ponasakao baza,a u drugomkao kiselina - opcenitovruedi: kiselina(1) + baza(2)+ kisetina(2) + baza(2) Eo!:uq\Ltilt fk&

r-t

HA*B-tHB'r[tsorrruqrAh,lr ?.t{

- kiselinai bazakojaje nastalaiz njegubitkomH* dinejedanKONJUGIRANI PAR. PAR. Slicno,bazai kiselinakojaiz nje nastajeprimanjem H* dinedrugiKONJUGIRANI Dakle,u kiselinsko baznojreakcijisu uvijeknazoina DVA konjugiranapara. 3) po Lewisu: -baza imaslobodanelektronski par par,a kiselinase moZevezatizatal elektronski je (bazajeelektron donor,a kiselina elektron akceptor) :> Sto je mjera kiselosti? - vodaje najra5irenije onaje neutralna. Zaito? otapalo.Ona nijeni kiselani bazidna, Kadabi bilomogucevidjetikojesu desticanazodneu vodi,vidjelibismoda su tu uglavnommolekule vodei vrlomalooksonijevih iona.Za voduje izmjerena i hidroksidnih ovakvaravnoteZa: H 2 O 1+r1H 2 O1 ry._H-> 3 OA q+l OHir ql K B K.K. K.B. -zatoStomolekule vodereagiraju iproton- donorskiiproton- akceptorski, za vodu se kaZeda je AMFIPROTONSKA - ta je reakcijapoznatakaoAUTOIONIZACIJA vode(IONIZACIJA:procesu kojem protoniz neutralnemolekulekiselineprelazina molekulubaze,stvarajuCikonjugiranu Konstantaravnote Koncentracija bazu kiseline). Ze zavoduje: X. : S4Ij9. c'1Hro1

molekula vodeu odnosupremaravnote2noj ionatolikoje velikada se koncentraciji pa se zatomoZeizvestiizrazzanovukonstantu prema moZesmatratikonstantnom, jednadZbi. K" * cz(HrO): c (H.) * c(OH) : K* :> buducida je ta novakonstanta definirana koncentracija umno5kom oksonijevih i hidroksidnih iona,dobilaje posebnoimeKONSTANTA IONSKOGPRODUKTA VODE(K*): K* : c (H.) * c(OH-) - vrijednostionskog produktavode pri 25oCiznosi 1 * 10-1a mol2dm-6:> ta pokazuje pomaknuta vrijednost da je ravnoteZa na stranureaktanata. U distojsu vodi vodikovih koncentracije i hidroksidnih ionajednake,tj. c (H.) : c(OH) i kadase to uvrsti u K* : c ( H .) * c(OH -),d o b i j ese K * : c2 ( H- ): 1 * 10- 14 m ol2dm - odnosno. 6, c ( H*): ( 1 * 1 0 - 1m 4 o l 2 d ru ) i : 1 * 1 0 - 7m o l d m - 3 . - mnoZinskakoncentracijaoksonijevihiona u otopinije MJERAnjene KISELOSTI. Ta je koncentracijavrlo mala pa je zato uvedenpojam pH kao vrijednost koja pokazujekiselost nekog sustava (!!!!!!)i ta je vrijednost definirana izrazom'.

PH:- lg(-U+l moldm - za kemijskiiistu vodupri 25oCvrijednost pH je Z (!!!!): n,nn'7: - l g 1 * 10; :7 pH: - lg qe$: m'

- vrijednostip H su uvijek mali brojevi od 0 do 14: neutralno

c(H')/mod l mr 110-r lo-z l o - r l o ' l o - 5 pH 2 34557 0l

lo{ lo-' lO-! l0 e l0-ro lfrtrl0-r210-rl lO-1. I

l.t

ZADATAK6. KolikijepH otopineklorovodidne kiselineu kojojjeizmjerena mnoZinska koncentracija oksonijevih iona2 * 10-3moldm-3?

:> Kako se moZeodreditije li otopinakiselaili bazicna? - kiselinepokazujuova svojstva: 1) u reakcijis mnogimmetalimaoslobadaju vodik 2) plavilakmusovpapirpocrveni 3) izmjernipH otopineimavrijednost manjuod 7 - luiine pokazujuova svojstva: '1)s ionimate5kihmetalatvorenetopljive katkadokside hidrokside, 2) crvenilakmusovpapirpoplavi 3) izmjerenpH otopineimavrijednost vecuod 7 :> Sto odredujejakost kiselina i baza? - o6itoje da ce otopinau kojojjevecamnoZinska ionabiti koncentracija oksonijevih pa zatotrebarazmotriti kiselija, i ioniziranog ravnoteZu izmeduneioniziranog dinamidku e o to p i n i : o b l i k ak i s e l i n u H A r r q+l H 2 O1 r;â&#x201A;Ź H .OL q + t A i .qr - kakokonstanta pokazujekolikoje ravnoteZa ravnoteZe u procesuionizacije jasnoje da ce vrijednost pomaknuta (K") na stranuprodukta, konstante ionizacije jakostnekekiseline(HA):K. : pokazivati relativnu c ( H . O - )* c ( A - ) c(HA)

c(H.O-) * c(A-) c(HA)* c(HrO)

:t Kc * c(HrO):

_ ^^ d

- n p r .K, fl u o ro vo d i d ki je 6,7 * 10- amoldm- 3, n ese l i n (HF) 1,8* e a octenekiseline 10-5moldm-3. pokazuju Navedene ionizacijske konstante da 1eoctenakiselinaSLABIJA jer od fluorovodiine njenakonstantaima MANJUvrijednosf.(viditablicudolje!l) - stupanj ionizacije(a : "alfa")molekulaovisio koncentraciji otopine.On pokazuje udiomolekulakojeionizirajuna ione.Kiselineu vodenimotopinamadisociraju,pa prema (potpunoili djelomice) tomekolikodisociraju dijelimoih najake,srednjejake i slabe.

ionizacije u Kakobi se stupnjevi mogliusporedivati, i kakobi se kiselinepodijelile jakosti, promatrase stanjeu otopinikojojjemnoZinska koncentracija skupineprema je pri potpuno Ako kiselina disocirana, onaje JAKA 0,001moldm-3. toj koncentraciji IHOLEKULACE BITISVEVECISTOIE KISELIN A KI S E L I N A. U D ION E ION IZ IR A NM SLABIJA. - sva razmatranja provedenana primjeruza kiselinevrijedei za baze.Konstanta ionizacijebaze(K) takoderupucujena jakostbaze(B): B(uq) + H2O1ry+:* BHto,* OHirol K.:

c(BH-)* c(OH-)

c(B)* c(HrO)

: ) K . x c ( H r O ):

c ( 8 H - )* c ( O H - ) - K b c(B)

- ako molekulekiselinesadrZeviSeod jednogatomavodika,one ce postupno npr.H.POo(fosforna ionizirati, ili fosfatnakiselina): PRVI STUPANJIONIZACIJE:HrPOoraq).->HLol* HzPOqGqt :> dihidrogenfosfatni ion] I HreO; DRUGI STUPANJDISOCTJACIJE: HrPOo1^o1-'HLor+ HPOI|^', o ni l I H Po ? : > h i d ro o e n fo sfai tn L"-l

TRECT STUPANJ D\SOCIJAC\JE: HPOI',^',-'HLqr + POf|.o, I-a

I PO; :> fosfatniion I - kiselinekoje,rOiZ" vi5eod jednogvodikovog ionasu POLIPROTONSKE (ki se l i nci e j emo l e ku l sadr KISELINE e Zesamo1 vodikovatomsu MONOPROTONS KE, a s 2 atomavodikase zovuDIPROTONSKE) TABL| CA:

Relotiwrciokostiki*lina i niitrorih koniugironihbazo

lq;l,t'i iit*:ili:, €H++..:r:il

C H1+ , ,'::,", '. CH*.t C n+t ';.: ' CH1+ ,,:,,

il*1a:3a ,i mfranii,a(mnilia) '. ' tif;bern il r*rrsfa19gggrl s.&liqia'". '.ll ":, 'r sfifia.olrditira

"d*dipgerfio*atni ion ' tf{ogeesuffidiioh' -. libklorasta,,'' rrbniwlon 'd*rowdiana . lr{tfofFntarbo,ngtni ion hi&ognnsutfidniion \€de tri*rft*ltri

{. ' JAEtYrs (r€Ctlrle

3lrStg

' ,

cH*t

, pgapqn*a(popbnska)

Hzeol HrS' Hrffii

Hsol-

C"H+1 ,-,;'.,' dH+.+,.'-' ti H*+

Ex..r-lr-:::

HC0 NH.* hKN HCOsHS-

d6r+r ::'l *l.Fl+r, ,..,=.

Hro off

*lIt'i'r

€Ht+

.1 .';

.;, P- tJ-l. f,..,ir,.;:', cH'i.,,,..,,,'

1. r t^gtNtr jr\€

dAtA

ZADATAK7. Kakou vodenojotopiniioniziraju molekuleoctenei fosfonskekiseline?

:> Kako se moZepredvidjetitijek kiselinsko- baznereakcije - da bi nastalatakvareakcija,u reakcijskoj smjesimorajubiti nazodnemolekulekoje su proton donorii molekulekojesu proton akceptori - izionizacijskih konstantislabihkiselinamoZese zakljucitida ce u nekojkemijskoj reakcijiJA1A KSELTNAPROTONTRATT JA1U BAZUTTAKOSTVORIT| SLABTJU jer je ravnotelaionizacijeslabihbazai kiselinauvijek BAZUI SLABIJUKISELINU pomaknutana stranu ioniziranthmolekula - spontanoie se odvijatireakcijakoja vodi u smjeru stvaranjaslabijihkonjugiranih b a z ai k i s e l i n a ZADATAK8. Objasnite zaStoreagiraju vodenaotopinanatrijeva hidroksida i duSicne kiseline!

DOMACAZADACA(9) posudiu stanjuravnoteZe 1. U reakcijskojje smjesavodika,bromai bromovodika. (K.) pri 2600Kza reakcijuBr, (n)+ H, rnl-> 2HBr,n, ravnoteZe Konstanta imavrijednost 7 1 0 .A k os e u sta n j ura vn o te Zuep osudivolumena 5litar analazi0,25m olaH2i0,30 m o l aB r r ,ko l i kaj e mn o Z i n n a a zo d nog HBr ,n,? 2. Za reakciiu2Hr(s)+ O2(e)-> 2H20@,AH : - 487,9 kJmol-1 , odredihoceli koncentracija kisikaporasti,smanjitise ili ostatiistaakose nakonuspostavljanja ravnoteZe: posudepoveca a) volumenreakcijske b) dodaodredenakolicinavodika c) uklonivodapomocutvariza suSenje d) povisitemperatura reakcije plinheliju konstantan e) dodaplemeniti volumen? 3. a) Napi5ikonjugirane kiselineovihdestica:F-, HCrOo, HPOI-, SO3 i n j u g i ra nbea zeo vi hdestica: b ) N a p i 5ko NH|, HCO;,HCN,H2C2O4. 4. Pri 37oCkoncentracija oksonijevih ionau krvijeoko4 *10-8moldm-3. lzradunaj koncentractlu hidroksidnih ionau krvipri toj temperaturii odrediteje li krv kisela,bazidna i l i n e u t r a l n a(K ? * p ri3 7 o Cj e 2 ,3 9* 101am ol2dm6) pH otopineu kojojjekoncentracija 5. lzradunaj oksonijevih iona3,85* 10-3moldm-3! 6. lzradunaj koncentraciju ionau otopinipri25oCakoje pH te otopine oksonijevih 5,21 7. KolikijepH vodeneotopinenatrijeva hidroksida akoje otopinapripremljena otapanjem 2,50g NaOHu 500 ml otopine?