Estry i tłuszcze
Estry — estryfikacja i hydroliza
Równowaga chemiczna i zasada Le Chateliera
W stanie równowagi szybkości reakcji wprost i odwrotnej są równe, lecz obie reakcje nadal zachodzą. Stężenia są stałe w czasie, ale nie muszą być równe.
Stała K zależy od temperatury. Do wyrażenia nie wprowadza się czystych ciał stałych ani cieczy, ponieważ ich aktywność przyjmuje się jako stałą.
Porównanie ilorazu reakcji Q ze stałą K wskazuje kierunek zmian: Q<K — reakcja biegnie w prawo, Q>K — w lewo. Zasada Le Chateliera jakościowo przewiduje odpowiedź na zmianę stężenia, ciśnienia lub temperatury.
Kc = Π[produkty]^ν / Π[substraty]^ν
- Katalizator nie zmienia K ani składu równowagowego.
- Zmiana objętości wpływa na równowagi gazowe z różną liczbą moli gazu po stronach.
- Temperatura działa jak dostarczanie lub odbieranie ciepła, zależnie od znaku ΔH.
- Dodanie obojętnego gazu przy stałej objętości nie zmienia ciśnień parcjalnych reagentów.
Schemat: Równowaga chemiczna i zasada Le Chateliera
Kolejne etapy procesu wraz z kierunkiem zmian.
Podstawa programowa: XVII.1
Kwasy, zasady, pH, hydroliza i bufory
W teorii Brønsteda kwas oddaje proton, a zasada go przyjmuje. Każdej reakcji odpowiadają sprzężone pary różniące się o H⁺. Woda jest amfiprotyczna i może pełnić obie role.
pH=−log[H₃O⁺], a w 25°C pH+pOH=14. Zmiana pH o 1 oznacza dziesięciokrotną zmianę stężenia jonów hydroniowych.
Mocny elektrolit przyjmuje się za całkowicie zdysocjowany, a dla słabego stosuje się stałą Ka lub Kb. Hydroliza jonów soli wynika z reakcji sprzężonych kwasów lub zasad z wodą.
Bufor zawiera słaby kwas i jego sprzężoną zasadę lub słabą zasadę i sprzężony kwas. Zużywa niewielkie ilości dodanych H⁺ lub OH⁻, ograniczając zmianę pH.
pH=−log[H₃O⁺]; pOH=−log[OH⁻]; Ka·Kb=Kw
- Moc kwasu to położenie równowagi, nie jego stężenie.
- Sprzężona zasada mocnego kwasu jest bardzo słaba.
- Punkt równoważnikowy nie zawsze ma pH=7.
- W buforze największa pojemność występuje przy porównywalnych stężeniach pary.
Schemat: Kwasy, zasady, pH, hydroliza i bufory
Kolejne etapy procesu wraz z kierunkiem zmian.
Podstawa programowa: XVII.2
Chemia cukrów, tłuszczów i białek
Monosacharydy zawierające wolną grupę hemiacetalową są cukrami redukującymi. Glukoza i fruktoza dają dodatnie próby redukcyjne, ponieważ w zasadowym środowisku fruktoza może izomeryzować.
Disacharydy i polisacharydy powstają przez wiązania glikozydowe. Sacharoza nie jest cukrem redukującym, ponieważ oba atomy anomeryczne uczestniczą w wiązaniu.
Tłuszcze są estrami glicerolu i wyższych kwasów karboksylowych. Nienasycone wiązania C=C mogą ulegać addycji i utlenianiu; zasadowa hydroliza daje glicerol i sole kwasów — mydła.
Białka są poliamidami aminokwasów. Denaturacja zmienia strukturę przestrzenną, a hydroliza rozcina wiązania peptydowe.
- Tollens: lustro srebrne; Trommer/Fehling: ceglastoczerwony Cu₂O.
- Jod tworzy barwny kompleks ze skrobią.
- Uwodornienie tłuszczów zmniejsza liczbę wiązań C=C.
- Reakcja ksantoproteinowa wskazuje aminokwasy aromatyczne w białku.
Podstawa programowa: XVII.3
Najczęstsze błędy
„W równowadze reakcja się zatrzymuje”
Poprawnie: Równowaga jest dynamiczna; szybkości obu kierunków są równe.
„Katalizator przesuwa równowagę w stronę produktów”
Poprawnie: Zmniejsza czas dojścia do równowagi bez zmiany jej położenia.
„Mocny kwas zawsze ma niższe pH niż słaby”
Poprawnie: pH zależy także od stężenia; rozcieńczony mocny kwas może mieć wyższe pH niż stężony słaby.
„Sól mocnego kwasu i mocnej zasady zawsze daje pH=7 w każdych warunkach”
Poprawnie: W idealnym rozcieńczonym roztworze w 25°C tak, ale temperatura, aktywności i dodatkowe reakcje mogą zmieniać wynik.
Zadania z odpowiedziami
1. Wpływ ciśnienia
Dla N₂+3H₂⇌2NH₃ przewidź skutek zmniejszenia objętości.
- 1.Policz mole gazu po obu stronach.
- 2.Zmniejszenie objętości zwiększa ciśnienie.
- 3.Równowaga przesuwa się ku mniejszej liczbie moli gazu.
Odpowiedź
Przesuwa się w prawo, ku 2 molom NH₃ zamiast 4 moli reagentów.
2. pH mocnego kwasu
Oblicz pH roztworu HCl o c=1,0×10⁻³ mol/dm³.
- 1.Przyjmij pełną dysocjację.
- 2.[H₃O⁺]=10⁻³ mol/dm³.
- 3.Oblicz −log(10⁻³).
Odpowiedź
pH=3,00.
3. Hydroliza anionu
Oceń odczyn roztworu Na₂CO₃.
- 1.Na⁺ pochodzi od mocnej zasady i nie hydrolizuje istotnie.
- 2.CO₃²⁻ jest sprzężoną zasadą słabego HCO₃⁻/H₂CO₃.
- 3.Zapisz CO₃²⁻+H₂O⇌HCO₃⁻+OH⁻.
Odpowiedź
Roztwór ma odczyn zasadowy wskutek powstawania OH⁻.
4. Rozpoznanie cukru redukującego
Próbka daje ceglasty osad z odczynnikiem Trommera. Jaki wniosek wolno sformułować?
- 1.Wskaż redukcję Cu²⁺ do Cu₂O.
- 2.Połącz z właściwością redukującą próbki.
- 3.Nie utożsamiaj wyniku wyłącznie z glukozą.
Odpowiedź
Próbka zawiera substancję redukującą zdolną do redukcji Cu²⁺, np. cukier redukujący; sama próba nie identyfikuje jednoznacznie glukozy.
Podsumowanie
- Katalizator nie zmienia K ani składu równowagowego.
- Zmiana objętości wpływa na równowagi gazowe z różną liczbą moli gazu po stronach.
- W stanie równowagi szybkości reakcji wprost i odwrotnej są równe, lecz obie reakcje nadal zachodzą. Stężenia są stałe w czasie, ale nie muszą być równe.
- Moc kwasu to położenie równowagi, nie jego stężenie.
- Sprzężona zasada mocnego kwasu jest bardzo słaba.
- W teorii Brønsteda kwas oddaje proton, a zasada go przyjmuje. Każdej reakcji odpowiadają sprzężone pary różniące się o H⁺. Woda jest amfiprotyczna i może pełnić obie role.
- Tollens: lustro srebrne; Trommer/Fehling: ceglastoczerwony Cu₂O.
Słownik pojęć
- Równowaga dynamiczna
- Stan równych szybkości reakcji przeciwnych.
- Iloraz reakcji
- Wyrażenie jak K obliczone dla aktualnych stężeń.
- Aktywność
- Efektywne stężenie uwzględniające nieidealność układu.
- Sprzężona para
- Kwas i zasada różniące się jednym protonem.
- Hydroliza soli
- Reakcja jonu soli z wodą wpływająca na pH.
- Pojemność buforowa
- Ilość kwasu lub zasady, którą bufor może zobojętnić przy małej zmianie pH.
- Cukier redukujący
- Cukier zdolny do redukcji łagodnych utleniaczy w odpowiednich warunkach.
- Zmydlanie
- Zasadowa hydroliza tłuszczu do glicerolu i soli kwasów.