Estry i tłuszcze
Tłuszcze, mydła i detergenty
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.5
Klasy związków nieorganicznych i ich reakcje
Tlenki klasyfikuje się jako zasadowe, kwasowe, amfoteryczne lub obojętne na podstawie reakcji. Tlenki metali na niskich stopniach często są zasadowe, a niemetali na wysokich — kwasowe.
Wodorotlenki mocnych zasad dysocjują prawie całkowicie, słabo rozpuszczalne tworzą równowagi. Związki amfoteryczne reagują zarówno z kwasami, jak i z mocnymi zasadami, często tworząc kompleksy hydroksylowe.
Sole mogą powstawać w reakcjach zobojętniania, metalu z kwasem, tlenków z kwasami lub zasadami oraz wymiany. Przebieg w roztworze jest napędzany powstaniem osadu, gazu lub słabego elektrolitu.
- Al₂O₃ i Al(OH)₃ są amfoteryczne.
- CO i NO są przykładami tlenków obojętnych w typowych warunkach szkolnych.
- Kwaśne sole zawierają wodór zdolny do dalszej dysocjacji.
- W równaniu jonowym należy uwzględniać rzeczywistą formę cząstek.
Podstawa programowa: XVII.6
Niemetale i ich związki
Niemetale tworzą związki kowalencyjne i aniony, a ich tlenki na wysokich stopniach utlenienia często mają charakter kwasowy. Reaktywność i siła utleniająca halogenów maleje w dół grupy.
Azot tworzy związki od −III w NH₃ do +V w azotanach. Amoniak jest zasadą Brønsteda i ligandem, a proces Habera wymaga kompromisu między równowagą i szybkością.
SO₂ jest tlenkiem kwasowym i reduktorem, a stężony H₂SO₄ może działać utleniająco i odwadniająco. Chlor w wodzie dysproporcjonuje, tworząc HCl i HClO odpowiedzialny za działanie dezynfekujące.
- Ozon jest silniejszym utleniaczem niż O₂.
- HF jest słabym kwasem w wodzie mimo dużej elektroujemności F, ze względu na silne wiązanie H–F.
- HNO₃ i stężony H₂SO₄ mogą pasywować Fe, Al i Cr.
- NO utlenia się w powietrzu do brunatnego NO₂.
Podstawa programowa: XVII.7
Najczęstsze błędy
„Mocny kwas zawsze ma niższe pH niż słaby”
Poprawnie: pH zależy także od stężenia; rozcieńczony mocny kwas może mieć wyższe pH niż stężony słaby.
„Każdy tlenek metalu jest zasadowy”
Poprawnie: Tlenki części metali na wysokich stopniach są kwasowe lub amfoteryczne.
„Każdy kwas fluorowca jest mocniejszy dla bardziej elektroujemnego atomu”
Poprawnie: W szeregu HF–HI dominuje osłabienie wiązania H–X; HI jest znacznie mocniejszy od HF.
„Każdy związek z grupą OH jest mocną zasadą”
Poprawnie: Alkohole są bardzo słabymi kwasami i zasadami, a fenole wykazują zauważalną kwasowość.
Zadania z odpowiedziami
1. 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.
2. Amfoteryczność Al(OH)₃
Zapisz reakcje Al(OH)₃ z HCl i NaOH w formie jonowej skróconej.
- 1.Z kwasem: zobojętnienie grup OH.
- 2.Z zasadą: utworzenie kompleksu hydroksylowego.
- 3.Zbilansuj ładunek i atomy.
Odpowiedź
Al(OH)₃+3H⁺→Al³⁺+3H₂O; Al(OH)₃+OH⁻→[Al(OH)₄]⁻.
3. Rozróżnianie aldehydu i ketonu
Zaproponuj próbę rozróżniającą etanal i propanon.
- 1.Dodaj odczynnik Tollensa do oddzielnych próbek.
- 2.Ogrzej łagodnie.
- 3.Obserwuj lustro srebrne dla aldehydu.
Odpowiedź
Etanal daje dodatnią próbę Tollensa, propanon nie reaguje w tych warunkach.
4. Ocena zamiany rozpuszczalnika
Jak ocenić, czy nowy rozpuszczalnik jest naprawdę bardziej ekologiczny?
- 1.Porównaj toksyczność i lotność.
- 2.Uwzględnij energię produkcji i odzysku.
- 3.Sprawdź trwałość, biodegradację i produkty rozkładu.
Odpowiedź
Należy ocenić pełny profil ryzyka i cykl życia, a nie tylko jedną cechę, np. pochodzenie biologiczne.
Podsumowanie
- 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.
- Al₂O₃ i Al(OH)₃ są amfoteryczne.
- CO i NO są przykładami tlenków obojętnych w typowych warunkach szkolnych.
- Tlenki klasyfikuje się jako zasadowe, kwasowe, amfoteryczne lub obojętne na podstawie reakcji. Tlenki metali na niskich stopniach często są zasadowe, a niemetali na wysokich — kwasowe.
- Ozon jest silniejszym utleniaczem niż O₂.
Słownik pojęć
- Sprzężona para
- Kwas i zasada różniące się jednym protonem.
- Pojemność buforowa
- Ilość kwasu lub zasady, którą bufor może zobojętnić przy małej zmianie pH.
- Tlenek kwasowy
- Tlenek reagujący z zasadą i zwykle odpowiadający kwasowi tlenowemu.
- Pasywacja
- Ochrona metalu przez zwartą warstwę produktu.
- Grupa karbonylowa
- Grupa C=O obecna m.in. w aldehydach i ketonach.
- Zmydlanie
- Zasadowa hydroliza estru prowadząca do soli kwasu.
- Denaturacja
- Zmiana struktur wyższych rzędów białka bez pełnej hydrolizy.
- Narażenie
- Kontakt organizmu lub środowiska z określoną dawką substancji.