tona a samim tim je i amfolit tj. amfoterni elektrolit. Na osnovu autoprotolize vode, primeni¢emo zakon o dejstvu masa, tj. GuldbergVageov zakon i izvesti konstantu ravnoteºe Kc . +
+
..
+1
..
H3O+1 + OH-1
H2O .. + H2O .. B2
K2
K1 Kc =
B1
[H3 O+ ][OH− ] [H2 O][H2 O]
Kc [H2 O]2 = [H3 O+ ][OH− ]
Koncentracija vode [H2 O] se moºe smatrati konstantnom, pa zato proizvod ove dve konstante Kc i [H2 O], daje novu konstantu Kw koja se naziva jonski proizvod vode: Kw = [H+ ][OH− ]
Na t = 25◦ C = 298K u £istoj vodi i u svim vodenim rastvorima jonski proizvod vode ima stalnu vrednost: Kw = 1 · 10−14 mol2 /dm6 [H3 O+ ] = [OH− ] = 10−7 mol/dm3 [H+ ] = [OH− ] =
√
Kw = 1 · 10−7 mol/dm3
Srënsen je uveo pojam vodoni£nog eksponenta, pH . Vodoni£ni eksponent pH je negativan logaritam koncentracije H+ jona: pH = − log[H+ ], odatle sledi da je [H+ ] = 10−pH pOH = − log[OH− ], odatle sledi da je [OH− ] = 10−pOH
20
Negativan logaritam jonskog proizvoda vode je: pKw = − log Kw pKw = − log 10−14 = 14.
Logaritmovanjem izraza za jonski proizvod vode Kw = [H+ ][OH− ], dobijamo: pKw = pH + pOH 14 = pH + pOH
Dakle, kada je: pH = pOH = 7 [H+ ] = [OH− ] = 10−7 mol/dm3
)
pH < 7, [H+ ] > 10−7 pOH > 7, [OH− ] < 10−7 mol/dm3
)
pH > 7, [H+ ] < 10−7 pOH < 7, [OH− ] > 10−7 mol/dm3
)
Neutralna sredina
(1)
Kisela sredina
(2)
Bazna sredina
(3)
(1) Na istim koncentracijama [H+ ] i [OH− ] sredina je neutralna. (2) to je koncentracija [H+ ] u vodi ili rastvoru ve¢a, to je koncentracija [OH− ] manja, sredina je kiselija. (3) to je koncentracija [H+ ] u vodi ili rastvoru manja, to je koncentracija [OH− ] ve¢a, sredina je baznija.
21
22
100
10-14
14
0
[OH-]
[H+]
pH
pOH
1
13 2
12
10-5
4
10
raste kiselost
5
9
10-10 10-9
10-4
kisela sredina
3
11
10-12 10-11
10-13
10-3
10-2
10-1
6
8 7
7
10-7
10-7
8
6
10-6
10-8
neutralna sredina
10-8
10-6
9
5
10-5
10-9
11
3
10-3
10-11
raste baznost
bazna sredina
10
4
10-4
10-10
12
2
10-2
10-12
13
1
10-1
14
0
100
10-13 10-14
Struktura benzena sp2
1200
1200
sp2
sp2 1200
sve tri sp2 hibridizovane orbitale nalaze u jednoj ravni pod uglom od 1200 σ
1200 1200
sp2 sp2
C
C 1200
C sp2
C
sp2
C C
sp2
medjusobnim preklapanjem sp2 hibridizovanih orbitala ugljenikovih atoma u prstenu grade se jednostruke σ veze koje se takodje nalaze pod uglom od 1200 H σ
σ
σ
σ σ
σ
H σ σ H
H
H
σ
σ
H
H
σ
σ
σ
C
σ σ
C
H σ
C σ
C σ
σ
C σ C σ
H
H
σ
σ
H
H
σ veze izmedju ugljenikovih atoma u prstenu i vodonikovih atoma izvan prstena, grade sa preklapanjem sp2 hibridizovane orbitale ugljenika i 1s atomske orbitale vodonika
107
π veze u benzenovom prstenu nastaju bo£nim preklapanjem pz atomskih orbitala ugljenika. pz atomske orbitale su pod uglom od 90◦ u odnosu na ravan u kojoj su sp2 hibridizovane orbitale. Bo£nim preklapanjem dve po dve pz atomske orbitale, nastaju tri π veze koje su normalne na ravan u kojoj se nalaze σ veze. Ako mogu da se preklope dve po dve pz atomske orbitale, obrazuju¢i te tri π veze, onda je mogu¢e da se i svih ²est pz atomskih orbitala me usobno preklope, grade¢i delokalizovanu π molekulsku orbitalu.
Kekuléova struktura benzena: π π
π
π
π π
delokalizovana π molekulska orbitala benzena
108
1.13.1 Nomenklatura i homologi niz Prvi ÂŁlan homologog niza arena je benzen, iz kojeg se izvodi nomenklatura ovih jedinjenja. Uklanjanjem jednog vodonikovog atoma iz molekula arena dobija se Aril grupa Ar-. Areni
Aril grupe Ar
benzen C6H6
fenil grupa C6H5
CH3
toluen metilbenzen fenilmetan C6H5
CH3
C7H8
CH2
benzil grupa C6H5
CH2
C7H7
111
CH3
tolil grupa C6H4 C7H7
CH3
NH2
Cl
hlorbenzen fenil hlorid
anilin benzenamin
C6H5
C6H5
Cl
NH2
OH
fenol benzenol C6H5
C6H5
C3H7
CH2
CH
1 2 CH3C
1 CH2
3 4 5 CHCH2CH3
2 - fenil - 2 - penten H3C
CH2
112 C9H10
CH2
C8H8
3 - fenilpropen alilbenzen C6H5
NO2
CH2
CH
C9H12 2 CH
C6H5
OH
vinilbenzen stiren
1 - fenilpropan propilbenzen
3 CH2
nitrobenzen
CH
CH2CH2CH3
C6H5
NO2
C C6H5 C11H14
CHCH2CH3
Ovo su bili neki predstavnici monosupstituisanih arena, u okviru kojih ¢emo pomenuti i neke predstavnike aromati£nih alkohola, etara, aldehida, ketona i karboksilnih kiselina: CH2OH
O
benzil alkohol fenil metanol
CHCH3
etoksibenzen feniletil etar
H C
O C
CH3
O 1 - feniletanon fenil metil keton acetofenon
fenil metanal benzaldehid
C
C
O
O
OH
fenil metanska kiselina benzoeva kiselina
difenil keton benzofenon
113
Kod disupstituisanih bezena moÂşemo razlikovati tri razliÂŁita poloÂşaja supstituenata: 1 1
1 6
6
2 3
5
3 4
5
4
4
1,2 orto o-
1,3 meta m6
4 3
5
1,4 para pCH3
5
6
1 H3C
2
2 3
5
6
6
2 1 CH3
1,2 - dimetil benzen o - ksilen
4
5
2 3 CH3
1,3 - dimetil benzen m - ksilen
114
1
4 H3C
CH3
2 3
1,4 - dimetil benzen p - ksilen
Naravno, supstituenti se obeleºavaju najmanjim mogu¢im brojem po abecednom redu, ²to smo nau£ili jo² kod alkana: 3
3
CH3
4
2
2 5
1 6
Cl
1 - hlor - 2 - metil benzen o - hlor metil benzen o - hlor toluen
CH2
4 5
1
Cl
CH
6 1 - hlor - 4 - etenil benzen p - hlor stiren
Za trisupstituisane i vi²e supstituisane derivate tako e koristimo pravilo da se supstituenti po abecednom redu ozna£avaju najmanjim mogu¢im brojem: CH3 CH3
CH3 CH3 CH3
CH3
H3C
CH3
CH3 1,2,3 - trimetil benzen vicinalni
1,2,4 - trimetil benzen nesimetricni
115
1,3,5 - trimetil benzen simetricni