SOLUII ACIZI i BAZE

SOLUIE / DIZOLVARESOLUIA: sistem omogen format din dou sau mai multe substane (monofazic): Dizolvant = solvent substana n care se dizolv cel puin o alt substan de obicei se gsete n cantitatea cea mai mare n soluie. Dizolvat = solvat = solut substana dizolvat Soluii: gazoase, solide, lichide. DIZOLVAREA: procesul fizico-chimic de trecere a unui solut n soluie amestecarea omogen a dou sau mai multor substane difuziunea particulelor solutului printre particulele solventului formarea unei soluii.

PROCESUL DE DIZOLVAREEtapa endoterm: ruperea legturilor dintre particulele solvatului (atomi, molecule sau ioni) i dizolvantului, urmat de repartizarea uniform (difuziunea) particulelor substanei dizolvate printre moleculele dizolvantului Etapa exoterm: interaciunea particulelor substanei dizolvate cu cele ale dizolvantului i formarea de noi legturi (solvatare, hidratare) Proces fizic: difuziunea particulelor de solut printre moleculele de sovent Proces chimic: ionizarea i hidratarea

SOLUBILITATEA SUBSTANELORSolubilitatea proprietatea unei substane de a se dizolva ntr-un solvent oarecare. Se exprim cantitativ prin concentraia substanei din soluia saturat care reprezint cantitatea maxim de substan care se poate dizolva ntr-o anumit cantitate / volum de solvent (de obicei 100 g ap) la o temperatur dat.

Substanele pot fi uor solubile, solubile, greu solubile, practic insolubile ntr-un solvent.

FACTORII CARE INFLUENEAZ SOLUBILITATEA i DIZOLVAREA SUBSTANELOR

1. Natura substanei dizolvate i a dizolvantului 2. Temperatura 3. PresiuneaAPA solventul utilizat cel mai frecvent; are molecule covalente polare asociate prin legturi de hidrogen; dizolv compui ionici i compui moleculari polari.

FACTORII CARE INFLUENEAZ DIZOLVAREA SUBSTANELOR Suprafaa de contact dintre solut i solvent: cu ct aceasta este mai mare, cu att procesul de dizolvare are loc mai rapid; Mrunirea particulelor de substan favorizeaz dizolvarea;

De exemplu, dizolvarea n ap a zahrului este mai lent n cazul zahrului cubic, suprafaa de contact a solutului cu solventul fiind mai mic.

FACTORII CARE INFLUENEAZ DIZOLVAREA SUBSTANELOR Agitarea sistemului solut solvent se creaz astfel cureni care antreneaz ionii solvatai i soluia se omogenizeaz; n absena omogenizrii procesul de difuziune este lent.

INFLUENA STRUCURII CHIMICE asupra SOLUBILITII i DIZOLVARII SUBSTANELOR Natura substanei dizolvate i a dizolvantului regula similitudinii - asemnare structural ntre solvat i solvent: substanele ionice sau cu molecule polare se dizolv n solveni polari; substanele cu molecule nepolare (halogenii, sulful, fosforul etc.) se dizolv n solveni nepolari - CCl4, CS2, C6H6, (C2H5)2O, C6H5CH3 cristalele cu reele atomice (diamant, grafit) practic nu se dizolv n nici un solvent.

DIZOLVAREA NaCl n APCristal ionic de NaCl n solventul polar apIoni hidratai Ionihidratai

Ioni Na+ i Cl hidratai n soluie

DIZOLVAREA NaCl n APmolecule de H2O: ioni Na+ : ioni Cl--

N0 ioni Na+ = N0 ioni Cl Soluia de NaCl este neutr d.p.d.v. electric, dar conduce curentul electric prin intermediul ionilor electrolit

DIZOLVAREA HCl n AP Interacii dipol-dipol ntre moleculele polare de HCl i cele de H2O; Ionizarea total a HCl n ap: HCl + H2O H3O+ + Cl Soluia apoas conduce curentul electric, HCl este un electrolit tare.

DIZOLVAREA etanolului n ap Interacii dipol-dipol ntre moleculele polare; De exemplu, dizolvarea etanolului n ap prin formarea de legturi de hidrogen, fr ionizare; Etanolul nu este un electrolit; Soluia nu conduce curentul electric.legt polar legtur de hidrogen

legtur de hidrogen

legtur de hidrogen

DIZOLVAREA ZAHAROZEI n AP

Hidratarea moleculelor de zaharoz se face prin formarea de legturi de hidrogen ntre moleculele de ap i grupele OH din zaharoz

ELECTROLII - NEELECTROLIIIoni de Na+ i Cl- n ap Molecule de zahr nedisociate n ap

SOLUIE NaCl n ap ELECTROLIT conduce curentul electric

SOLUIE zahr n ap NEELECTROLIT nu conduce curentul electric

SOLVAT SOLVENT NEPOLARICl d-

C 4d+Cl d-

Cl dCl d-

I2

I2 n CCl4

d-

2d+

d-

SS8 S8 n ap S8 n CS2

C-

S

EFECTE TERMICE LA DIZOLVARE Dizolvare exoterm n procesul de solvatare a ionilor se elibereaz o cantitate mai mare de energie dect cea necesar desprinderii ionilor din cristal sau desprinderii moleculelor i ruperii legturilor covalente dintr-un dipol; tC soluiei obinute este mai mare dect tC iniial a solventului; Exemple de procese exoterme : dizolvarea NaOH, KOH, Na2CO3, K2CO3, KF, CaCl2, H2SO4.

DILUAREA H2SO4 cu H2OATENTIE: pentru dizolvarea n ap a acidului sulfuric concentrat se toarn acidul n ap, sub agitare continu i rcire!H2O H2SO4 conc.

H2SO4 conc. H2O H2SO4

EFECTE TERMICE LA DIZOLVAREDizolvare endoterm n procesul de desprindere al ionilor / moleculelor polare din reeaua cristalin sau n procesul de rupere a legturilor covalente dintre atomii unei molecule se consum o cantitate de energie mai mare dect cea eliberat n procesul de hidratare al ionilor tC soluiei este mai mic dect tC iniial a solventului; Exemplu: dizolvarea n ap a NH4NO3, NH4Cl, KBr, KNO3, NaNO3 . Dizolvare atermic practic fr fr degajare sau absorbie de cldur, de exemplu dizolvarea NaCl, KCl n ap.

INFLUENA TEMPERATURII asupra SOLUBILITII i DIZOLVRII SUBSTANELOR creterea tC favorizeaz dizolvrile endoterme; scderea tC favorizeaz dizolvrile exoterme; variaiile de temperatur influeneaz foarte puin dizolvrile atermice; pentru majoritatea substanelor solide sau lichide, solubilitatea crete cu creterea tC n general solubilitatea gazelor scade cu creterea tC.

140

KI130 120

Solubilitate (grame solut/100 g H2O)

110 100 90 80

NaNO3

gaze

solide

KNO3

HCl70 60 50 40 30 20 10

NH4Cl

NH3

KCl

NaCl

KClO3

SO2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

INFLUENA PRESIUNII asupra SOLUBILITII i DIZOLVRII SUBSTANELOR variaia presiunii practic nu influeneaz solubilitatea (n ap) a substanelor solide i lichide; solubilitatea substanelor gazoase crete cu creterea presiunii.

solut solvent

CONCENTRAIILE SOLUIILORConcentraia unei soluii se exprim prin masa de substan dizolvat ntr-o anumit cantitate (sau volum) de soluie (sau solvent). Soluia diluat conine o cantitate relativ mic de substan dizolvat ntr-o anumit cantitate de soluie. Soluia concentrat conine o cantitate relativ mare de substan dizolvat ntr-o anumit cantitate de soluie. Pentru fiecare sistem substan dizolvat dizolvant, cea mai concentrat soluie este cea saturat.

CONCENTRAIILE SOLUIILOR Soluie nesaturat are concentraie mai mic dect concentraia soluiei saturate i mai poate dizolva, n condiiile date, o anumit cantitate de solut. Soluie saturat conine dizolvat n condiiile date, cantitatea maxim dintr-o substan. Soluie suprasaturat conine o cantitate mai mare de substan dect cea corespunztoare solubilitii solutului n condiiile date; este un sistem nestabil. Atenie: n general, o soluie saturat la o anumit tC devine nesaturat la o tC mai mare (prin creterea tC crete solubilitatea substanei) sau prin diluare (adugare de solvent la aceeai tC).

CONCENTRAIILE SOLUIILOR

Soluie nesaturat

Soluie saturat

Soluie suprasaturat

crete concentraia

CONCENTRAIA PROCENTUAL, c% c % - reprezint masa (g) sau volumul (mL sau cm3) de substan dizolvat (md sau Vd) n 100 g soluie, respectiv n 100 mL (100 cm3) soluie. md c% 100 ms c% de mas = masa de substan dizolvat md (g) n 100 g soluie; ms = md + msolvent (ms = masa soluiei) c% de volum (volumetric) = volumul substanei dizolvate Vd (cm3) n 100 cm3 soluie; Vs = Vd + Vsolvent (Vs = volumul soluiei)

c%

Vg Va

100

Vg = volumul gazului; Va = volumul amestecului gazos.

CONCENTRAIA PROCENTUALCare este concentraia procentual a unei soluii obinute prin dizolvarea a 7 g de clorur de sodiu n 50 g de ap?

7 c% 100 100 12,28% ms 57

md

CONCENTRAIA MOLAR = MOLARITATEA CM sau MCM - reprezint numrul de moli de substan dizolvat (ns = ) n 1L (1000 cm3, 1 dm3, sau 1000 mL ) soluie. Vs exprimat n mL sau cm3md ns = = M ns 1000 sau CM = 1000 Vs Vs md CM 1000 M Vs

Vs exprimat n L sau dm3

ns sau CM = CM = Vs Vs

CM =

CM

md M Vs

DENSITATEA SOLUIEI = volumul soluiei (Vs) corespunztor unei mase din aceast soluie (ms); se exprim n g/mL, g/cm3 sau kg/L, respectiv kg/dm3; 1 mL = 1 cm3,1 L = 1 dm3,1000 g = 1 kg)

CONCENTRAIA MOLAR, CMCe molaritate are soluia care conine 8,32 g NiSO4 dizolvat n 500 mL soluie? MNiSO4 = 155 g / mol ns=8,32 0,0536 moli 155

n s 0,0536 0,107 1,07 10 1 M CM = Vs 0,5

DILUAREA / CONCENTRAREA UNEI SOLUII Prin diluarea unei soluii crete masa (volumul) solventului, deci i masa (volumul) soluiei (ms ,Vs) care conine aceeai mas de substan dizolvat (md), respectiv acelai numr de moli de solut i scade concentraia; Prin concentrarea unei soluii scade masa (volumul) solventului, deci i masa (volumul) soluiei (ms,Vs) care conine aceeai mas (acelai numr de moli) de substan dizolvat (md) crete concentraia.soluie concentrat KMnO4 soluie diluat KMnO4

CONCENTRAREA UNEI SOLUIICe concentraie va avea soluia obinut prin evaporarea 200 g ap din 2,8 kg soluie H2SO4 10%? 10 msoluie iniial = 2800 g md = 2800 280 g H2SO4100

msoluie concentrat = 2800 200 = 2600 g md = 280 g, aceeai mas de solut ca n soluia iniial

m 280 d c% 100 100 10 ,76 % m 2600 s

DILUAREA UNEI SOLUIICu ce volum de ap se dilueaz o soluie de 12 M pentru a obine 5 L soluie KCl de concentraie 1,5M? nKCl= CMVs = 1,55 = 7,5 molin KCl 7,5 VKCl 12M = 0,625L CM 125 1,5 V 0,625L 12

VKCl 12M + Vap diluare = 5L Vap = 5 0,625 = 4,375L

REGULA DEPTUNGHIULUICe concentraie are soluia obinut prin amestecarea a 1,2 Kg soluie de NaOH 10% i 1,8 Kg soluie de NaOH 40% ? (76/pag.9) Sol.1: ms1 = 1,2 kg Sol.2: ms2 = 1,8 kg c1% = 10% c2% = 40% Sol. final ms = 3 kg, c = x% C1 < x% < C2 (x C1) = pri din sol.2 i (C2 x) = pri din sol. 1 Soluia final conine (C2 C1) pri = uniti de mas (sau volum)C1= 10% 40 x = pri (g, kg, mL, L ...)

x% C2 = 40% x 10 = pri (g, kg, mL, L ...) (40 x) + (x 10) = 30 pri 30 kg sol. final .. (40-x) kg sol.1 .. (x-10) kg sol.2 3 kg sol. final . 1,2 kg sol. 1 ..1,8 kg sol. 2 40-x = 12 x = 28 x-10= 18 x = 28

REGULA DEPTUNGHIULUIn ce raport de mas se amestec dou soluii de H2SO4 de concentraie 50% i 10% pentru a prepara o soluie de concentraie 20%? (78/9)C1= 50%

1020%

= pri (g, kg, mL, L ...)

C2 = 10%

30

= pri (g, kg, mL, L ...)

sol.50% 10 1 sol.10% 30 3

REGULA DEPTUNGHIULUICu ce volum de ap se dilueaz o soluie de 12 M pentru a obine 5 L soluie KCl de concentraie 1,5M?C1= 12 M 1,5 M C2 = 0 M 10,5 L 1,5 L

1,5 + 10,5 = 12 L 12 L sol. 1,5M .. 10,5 L ap .. 1,5 L sol. 12M 5 L sol. 1,5M .. x L ap ... y L sol 12M x = 4,375 L ap y = 0,625 L sol 12 M

ACIZI, BAZE - caracteristici ACIZI Au gust acru; Schimb culoarea indicatorilor; Conduc curentul n soluie apoas = electrolii; Reacioneaz cu metale, oxizi bazici, baze i sruri; Sunt corozivi.

BAZE Au gust leietic; Schimb culoarea indicatorilor; Conduc curentul n soluie apoas = electrolii; Reacioneaz cu oxizi acizi, acizi i sruri; Sunt caustice.

ACIZI, BAZE - DEFINIIEACID substan (molecule sau ioni), care n interaciunea cu o baz (adesea o molecul de ap) cedeaz ioni de hidrogen (protoni, H+) donor de protoni H2O, HCl, H2SO4, H3PO4, CH3COOH, H3O+, NH4+, HSO4, HPO42 etc. BAZ substan (molecule sau ioni), care n interaciunea cu un acid (adesea o molecul de ap) accept ioni de hidrogen (protoni H+) acceptor de protoni H2O, NH3, OH, SO42, H2PO4, CH3COO, etc.

ACIZI, BAZE - DEFINIIEProtonul H+ nu poate exista liber n soluie apoas, se gsete ca ion de hidroniu/oxoniu, H3O+ Proprietile acide sau bazice ale unei soluii depind de concentraiile ionilor H3O+ sau OH din soluie Substanele care se comport att ca acizi, ct i ca baze sunt substane amfotere, amfolii acido bazici.

CLASIFICAREA ACIZILOR I BAZELORDup sarcina electric a speciilor chimice: Specii chimice Neutre ACIZI HCl, H2S, H2SO4, H2CO3 H3PO4, BAZE NH3, C5H5N, H2NNH2, NaOH, Ca(OH)2 OH, CO32, S2 H2N-NH3+

AnioniceCationice

HS, HSO4, HPO42H3O+, NH4+

Dup tria lor: Acizi i baze: tari, de trie mijlocie, slabi/slabe; Acizi tari (electrolii tari, disociai total n soluie apoas): HI, HBr, HCl, HClO4, HClO3, H2SO4, HNO3 ;

CLASIFICAREA ACIZILOR I BAZELOR

Baze tari (electrolii tari, disociai total n soluie apoas): LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2 ; ACIZII, BAZELE de trie medie i slabi/slabe sunt electrolii parial disociai n soluie apoas.

CLASIFICAREA ACIZILOR I BAZELORParametrii de apreciere a triei acizilor i bazelor sunt: Gradul de disociere (ionizare) ; Procentul de disociere (ionizare), Pdis.; Constanta de aciditate, Ka; Constanta de bazicitate, Kb.

CLASIFICAREA ACIZILOR I BAZELORDup compoziia chimic (natura) a substanelor:

Hidracizi: HF, HCl, HBr, HI, H2S; Oxoacizi: HNO3, H2SO4, H3PO4; Acizi carboxilici: CH3COOH, C6H5COOH; Hidroxizi: NaOH, Mg(OH)2, Al(OH)3; Baze azotate: amine, amoniac, hidrazine etc.

Acizi organici i anorganici; Baze organice i anorganice.

CLASIFICAREA ACIZILOR I BAZELORDup numrul treptelor de disociere: Acizi monoprotici (monobazici) Acizi poliprotici (polibazici): diprotici, triprotici etc. Baze monoprotice (monoacide) Baze poliprotice (poliacide): diprotice, triprotice etc.

CLASIFICAREA ACIZILOR I BAZELORAcizi monoproticiHCl HNO3 H+ + Cl H+ + NO3

Baze monoacideNaOH KOH Na+ + OH K+ + OH

CH3COOH

H+ + CH3COO

NH3 + H2O NH4+ + OH

Acizi diproticiH2SO4 HSO4

Baze poliacide

H+ H+

+ HSO4 + SO4

Ca(OH)2

2Ca2+ + 2OH

2

Al(OH)3 Al3+ + 3OH

CLASIFICAREA ACIZILOR I BAZELORH3PO4 ACID TRIPROTICH3PO4 (aq) + H2O(l) Ka1 = 7,510-3 H2PO4(aq) + H2O(l) Ka2 = 6,2 10-8 HPO42(aq) + H2O(l) Ka3 = 4,810-13 H2PO4(aq) + H3O+(aq) HPO42(aq) + H3O+(aq) PO43(aq) + H3O+(aq)

Ka1 > Ka2 > Ka3 H3PO4 (aq) + 3 H2O(l) PO43-(aq) + 3 H3O+(aq)

APA, amfolit acido bazicH2O + H2O OH + H3O+ ; Kw = 10-14 (mol/L)2 Apa ca baz: H+ + H2O H3O+ HCl + H2O H3O+ + Cl Apa ca acid: H2O H+ + OH NH3 + H2O NH4OH NH4+ + OH

Echilibrul de autoprotoliza apei Constanta de autoprotoliz a apei 2H2O H3O+ + OH

[H 3O + ] [OH ] Kc [ H 2 O]2

Produsul ionic al apei = Kw (la 25 C): Kw = Kc [H2O]2 = [H3O+][OH] = 10-14 mol2/L2 n apa pur: [H3O+] = [OH-] = 10-7 ioni-g/L Apa pur nu conduce curentul electric = NEELECTROLIT

Exponent de hidrogen = pH pH = puterea (exponentul) cu semn schimbat al concentraiei ionilor de H3O+ (sau H+) [H3O+] = 10-pH [H+] > 10-7M, [H3O+] > 10-7M pH < 7 Un acid este cu att mai tare cu ct [H3O+] este mai mare, deci pH-ul soluiei este mai apropiat de 0. [OH]>10-7M [H+] 0,5 0,01 < < 0,5 < 0,01

Procent de disociere (Pdis) Pdis > 50% 1% < Pdis < 50% Pdis < 1%

PARAMETRI DE APRECIERE A TRIEI ACIZILOR I BAZELORConstanta de aciditate, Ka Ka = constanta de ionizare acid constanta de echilibru pentru reacia cu transfer de proton de la acid la ap: HA + H2O A + H3O+ mrime caracteristic fiecrui acid, dependent de tC: Constanta de bazicitate Kb Kb = constanta de ionizare bazic constanta de echilibru pentru reacia cu transfer de proton de la ap la baz: B + H2O BH+ + OH mrime caracteristic fiecrei bazei, dependent de tC:

[ H 3O ][ A ] Kc = [ HA][ H 2 O]

+

[ BH + ][OH ] Kc = [ B ][ H O ] 2

[H 3 O + ] [A ] [BH + ] [HO ] K a K c [ H 2 O] K b K c [ H 2 O] [HA] [B]

Ka i KbUn acid slab este ionizat parial n ap (echilibru): CH3COOH + H2O H3O+ + CH3COO Ka = 1,75 10-5 mol/L O baz slab este ionizat parial n ap (echilibru): NH3 + H2O NH4+ + OH Kb = 1,75 10-5 mol/L

TRIA ACIZILOR / BAZELORUn acid tare = electrolit tare: are concentraia ionilor de H3O+ n soluie egal cu concentraia iniial a acidului = total disociat n soluie apoas; Ka are valoare mare. O baz tare = electrolit tare : are concentraia ionilor de OH n soluie egal cu concentraia iniial a bazei = total disociat n soluie apoas; Kb are valoare mare.

ACIZI TARI I SLABI ELECTROLII TARI I SLABICH3COOH

HCl

NaOH

NH4OH

TRIA ACIZILOR I BAZELORKa

Crete tria acidului

HClO4 H2SO4 HCl H3O+ HSO4HF CH3COOH H2S NH4+ HCO3H2O

~1010

1x10-2

6.8x10-41.75x10-5 9.5x10-8 5.7x10-10 4.7x10-11 1.8x10-16

ClO4HSO4ClH2O SO42FCH3COOHSNH3 CO32OH-

Crete tria bazei

SUBSTANE AMFOTEREAmfoliii acido bazici se comport att ca acizi, ct i ca baze HPO42 + H-OH PO43 + H3O+ A1 B2 B1 A2

Ka = 4,810-18

HPO42 + H-OH H2PO4 + OH B1 A2 A1 B2 Kb = 1,610-7

Reaciile cu transfer de protoni se numesc reacii protolitice.

REACII PROTOLITICE Reaciile acid - baz n soluie apoas au loc cu transfer de protoni

REACIA DE NEUTRALIZARE ACID + BAZ SARE + APHCl (aq) + NaOH (aq) NaCl (aq) + H2O (l) H+ (aq) + Cl- (aq) + Na+ (aq) + OH-(aq) Na+ (aq) + Cl- (aq) + H2O (l) H+ (aq) + OH- (aq) H-OH H2O (l)

243 pagina 26n urma reaciei dintre o soluie de NaOH cu pH = 12 i o soluie de HNO3 cu pH = 2 rezult 10 mL soluie cu pH = 3. Indicai afirmaiile adevrate.

243 pagina 26NaOH + HNO3 NaNO3 + H2O NaOH baz monoacid tare, total disociat n soluie apoas CM = [OH-] pH = 12 [H+] = 10-12M [OH-] = 10-2M14 14 10 10 2 OH 12 10 M + H 3O 10 HNO3 acid monoprotic tare, total disociat n soluie apoas CM = [H+] pH = 2 [H+] = 10-2M soluia iniial de HNO3 Reacia de neutralizare mol la mol pH-ul soluiei finale fiind acid HNO3 n exces

243 pagina 26pH = 3 [H+] = 10-3M = CM HNO3 n soluia final, deci 10-3 moli HNO3 .............. 1L = 103 mL soluie X moli HNO3. 10 mL soluie X = 10-5 moli HNO3 exces n soluia final CM = 10-2M NaOH nNaOH = 10-2VNaOH CM = 10-2M HNO3 nHNO3 = 10-2VHNO3

243 pagina 26La neutralizarea soluiei de NaOH s-a consumat 10-2VNaOH moli HNO3 (reacie mol la mol) soluia iniial de HNO3 avea: nHNO3 = nNaOH + 10-5 (moli consumai la neutralizare + moli exces) 10-2VHNO3 = 10-2VNaOH + 10-5 (Ecuaia 1) Volumul soluiei finale: VNaOH+ VHNO3 =10-2 L (Ecuaia 2) VHNO3 = 5,5 mL i VNaOH = 4,5 mL

243 pagina 26nNaOH = 4,510-5 moli neutralizai (NaOH) nHNO3= 4,510-5 moli reacionai (HNO3) nHNO3= 4,510-5 + 10-5 = 5,510-5 moli iniial HNO3 mNaOH = 40 4,510-5 = 180 10-5 g = 18010-2 mg = 1,8 mg NaOH (MNaOH= 40 g/mol) mHNO3 reacionat = 63 4,510-5 = 283,5 10-5g = 283,5 10-2 mg = 2,835 mg HNO3 reacionat (MHNO3 = 63 g/mol)

243 pagina 26Soluiile se amestec n raport:

NaOH 4,5 0,9 9 HNO 3 5,5 1,1 11 RSPUNSURI CORECTE: D,E