Happo-emästasapainon sovelluksia

Puskuriliuokset

liuos, jonka pH ei merkittävästi muutu pienistä happo- tai emäslisäyksistä

koostuu

heikosta haposta ja sen vastinemäksestä

heikosta emäksestä ja sen vastinhaposta

liuos sisältää aina sekä happona että emäksenä toimivia hiukkasia!

liuoksen puskurikapasiteetti on mahdollisimman hyvä, jos liuos sisältää lähes yhtä suuret määrät heikkoa happoa/emästä ja sen vastinemästä/happoa

liuos vastustaa pH-muutoksia parhaiten

\rightarrow

\to

Puskuriliuoksen valmistaminen

Liuotetaan veteen heikkoa happoa ja sen vastinemästä sisältävää suolaa.

Liuotetaan veteen heikkoa emästä ja sen vastinhappoa sisältävää suolaa.

Neutraloidaan heikon hapon vesiliuosta vahvalla emäksellä niin, että puolet happoliuoksesta neutraloituu.

2\text{ }HA(aq)+NaOH(aq) \rightarrow HA(aq)+NaA(aq)+H_2O(aq)

2 H A (a q) + N a O H (a q) \to H A (a q) + N a A (a q) + H ​ 2 ​ ​ O (a q)

happo

vastinemäs

c(HA)=c(A^-)

c (H A) = c (A ​ - ​ ​)

Neutraloidaan heikon emäkset vesiliuosta vahvalla hapolla niin, että puolet emäsliuoksesta neutraloituu.

1 .

2 .

Puskuriliuoksen pH:n laskeminen

tasapainoreaktio

taulukko

\rightarrow

\to

HA(aq)+H_2O(aq)

H A (a q) + H ​ 2 ​ ​ O (a q)

H_3O^+(aq)+A^-(aq)

H ​ 3 ​ ​ O ​ + ​ ​ (a q) + A ​ - ​ ​ (a q)

c(HA)

c (H A)

c(A^-)

c (A ​ - ​ ​)

0

-x

- x

+ x

+ x

c(HA)

c (H A)

-x

- x

c(A^-)

c (A ​ - ​ ​)

+ x

x

c_a

c ​ a ​ ​

\Delta

Δ

c_{tp}

c ​ t p ​ ​

jatketaan samalla tavalla kuin jos laskettaisiin heikon hapon pH:ta

Henderson-Hasselbalch

käytetään silloin, kun voidaan olettaa, että konsentraation muutokset ovat huomattavan pieniä

approksimoidaan

\text{pH}=\text{pK}_a+\lg \frac{[A^-]}{[HA]}

p H = p K ​ a ​ ​ + l g \frac{​ [ A ​ - ​ ​ ] ​ ​}{​ [ H A ] ​}

[HA]\approx c(HA)

[H A] \approx c (H A)

[A^-]\approx c(A^-)

[A ​ - ​ ​] \approx c (A ​ - ​ ​)

x<< c(HA)

x < < c (H A)

x<< c(A^-)

x < < c (A ​ - ​ ​)

approksimointi on aina tarkistettava laskun lopuksi!

Suolaliuokset ja niiden pH

Suolan vesiliukoisuuteen vaikuttaa

lämpötila

suolan ionihilan sidosten vahvuus

hyvin liukenee suurikokoinen ioni pienellä varauksella (+1/-1)

liuenneiden ionien hydratoituminen

niukkaliukoisia (liukoisuus alle 1 g/l) ovat pienikokoiset ionit, joilla on suuri varaus

ionit muuttuvat akvaioneiksi eli hydraateiksi

ioni-dipolisidokset

Suolaliuoksen pH

happo

emäs

suola

vesi

Neutraloitumisreaktiossa muodostuvan liuoksen pH riippuu siitä, onko suolalla happo- tai emäsluonnetta.

\rightarrow

\to

Happoluonne: ioni pystyy luovuttamaan protonin

K_a(HA)>K_a(H_2O)

K ​ a ​ ​ (H A) > K ​ a ​ ​ (H ​ 2 ​ ​ O)

Emäsluonne: ioni pystyy vastaanottamaan protonin

K_b(B)>K_b(H_2O)

K ​ b ​ ​ (B) > K ​ b ​ ​ (H ​ 2 ​ ​ O)

pH laskee

pH nousee

\rightarrow

\to

\rightarrow

\to

Jos suolalla on sekä happo- että emäsluonnetta, tutkitaan, kumpi ominaisuuksista on voimakkaampi.

Titraus

hyödynnetään neutraloitumisreaktiota

analyysimenetelmä

neutraloitumisreaktio on tapahtunut täydellisesti ekvivalenttipisteessä

ekvivalenttipiste todetaan pH-mittarilla tai indikaattoriliuoksella

piirretään titrauskäyrä

laskut lasketaan käyrän avulla

\rightarrow

\to

HCl(aq)+NaOH(aq)\rightarrow NaCl(aq) + H_2O(l)

H C l (a q) + N a O H (a q) \to N a C l (a q) + H ​ 2 ​ ​ O (l)

Vahvan hapon titraus vahvalla emäksellä

pH muuttuu hitaasti

pH muuttuu nopeasti

pH = 7

n(HCl) = n(NaOH)

Ekvivalenttipisteessä

Heikon hapon titraus vahvalla emäksellä

CH_3COOH(aq)+NaOH(aq)\rightarrow CH_3COONa(aq)+H_2O(l)

C H ​ 3 ​ ​ C O O H (a q) + N a O H (a q) \to C H ​ 3 ​ ​ C O O N a (a q) + H ​ 2 ​ ​ O (l)

puskuriliuos

\text{pH}=\text{pK}_a

p H = p K ​ a ​ ​

muodostuvalla suolalla on emäsluonnetta

\text{pH}>7

p H > 7

pH muuttuu hitaasti

pH muuttuu nopeasti

pH muuttuu vain vähän

alku-pH on korkeampi kuin samanväkevyisellä vahvalla hapolla

heikko happo

\rightarrow

\to

n(CH_3COOH)=n(CH_3COO^-)

n (C H ​ 3 ​ ​ C O O H) = n (C H ​ 3 ​ ​ C O O ​ - ​ ​)

n(CH_3COOH)=n(NaOH)

n (C H ​ 3 ​ ​ C O O H) = n (N a O H)