3. Vahvat hapot ja emäkset

Hapot ja emäkset

Happo on vetyionin eli protonin, H+ luovuttaja ja emäs protonin vastaanottaja. Happo voi luovuttaa protonin vain, jos reaktiossa on mukana emäs, joka vastaanottaa protonin. Happo-emäsreaktioita kutusutaan protoninsiirto- eli protolyysireaktioiksi.

  • Protolyysireaktiot tapahtuvat lähes aina vesiliuoksissa eli vesimolekyyli, H2O on keskeisessä osassa protoninsiirtoreaktioissa
    • vesimolekyyli voi toimia sekä happona että emäksenä eli sitä kutsutaan amfolyytiksi
    • esim etikkahapon protolyysireaktio vedessä 
      • [[$CH_3COOH\ +H_2O\ \xrightleftharpoons[]{}\ CH_3COO^-+H_3O^+$]]
      • tässä etikkahappo luovuttaa H+ -ionin (eli toimii happona) vesimolekyylille (toimii emäksenä)
      • [[$syntyvä\ H_3O^+\ on\ oksoniumioni$]]
    • ammoniakin protolyysireaktio vedessä 
      • [[$NH_3\left(aq\right)+H_2O\left(l\right)\ \xrightleftharpoons[]{}\ NH_4^+\ \left(aq\right)+OH^-\left(aq\right)$]]
        [[$tässä\ ammoniakki\ \left(emäs\right)\ vastaanottaa\ protonin\ vesimolekyyliltä\ \left(happo\right)$]]
      • [[$muodostuva\ OH^-\ on\ hydroksidi-ioni$]]

  • Kaikki hapot eivät luovuta (emäkset vastaanota) protonia yhtä helposti. 
    • Vahvat hapot ja emäkset protolysoituvat täysin (ei muodostu tasapainoa)
    • Heikot hapot ja emäkset protolysoituvat vain osittain eli muodostuu tasapainoreaktio (edelliset esimerkit)
  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

Vahvat hapot ja emäkset

1. Vahvat hapot

  • Vahvoja happoja ovat mm typpihappo, HNO3 , suolahappo, HCl ja rikkihappo H2SO4 (kahdenarvoinen happo)
  • Protolysoituvat vedessä täysin esim
    • [[$HCl\left(aq\right)+H_2O\ \left(l\right)\ \rightarrow\ Cl^-\left(aq\right)\ +\ H_3O^+\left(aq\right)$]]

    • [[$HCl\ happona\ luovutta\ vesimolekyylille\ vetyionin{,}\ jolloin\ muodostuu\ Cl^--ioni\ \left(emäs\right)\ ja\ oksoniumioni\ H_3O^+\ \left(happo\right)$]]
    • Nyt vahvan hapon konsentraatiosta saadaan suoraan oksoniumionin konsentraatio, jonka avulla vesiliuoksen happamuus eli pH määritetään
    • pH:n määritelmä: pH on vastaluku oksoniumionikonsetraation kymmenkantaisesta logaritmista eli
      • [[$pH=-\lg\left[H_3O^+\right]$]]
      • pH asteikko on välillä 0 - 14 ja vahvoilla hapoilla ph on välillä 0 - 2

2. Vahvat emäkset

  • Vahvoja emäksiä ovat mm metallihydroksidit, NaOH, Ca(OH)2 ja metallioksidit
  • protolysoituvat vedessä täysin
  • esim kalsiumhydroksidin liuetessa veteen syntyy hydroksidi-ioneita
    • [[$Ca\left(OH\right)_2\left(s\right)\ \rightarrow\ Ca^{2+}\left(aq\right)+2OH^-\left(aq\right)$]]
  • Muodostuvien hydroksidi-ionien konsentraatio saadaan kalsiumhydroksidin konsentraatiosta
    • Hydroksidi-ionit määräävät vesiluoksen emäksisyyden ja pH:n (lähellä 14)
    • [[$pOH=-\lg\left[OH^-\right]\ ja\ lisäksi\ pH+pOH=14\ eli\ pH=14-pOH$]]


3. Veden autoprotolyysi

  •  Vesi on amfoteerinen aine eli voi se toimia sekä happona että emäksenä
  • Puhtaassa vedessä esiintyy homogeeninen tasapainotila,veden autoprotolyysi  
    • [[$H_2O\left(l\right)+H_2O\left(l\right)\ \xrightleftharpoons[]{}\ H_3O^+\left(aq\right)+OH^-\left(aq\right)$]]
    • tässä tasapainotilassa
      • [[$\left[H_3O^+\right]=\left[OH^-\right]=1{,}0\cdot10^{-7\ }\ \frac{mol}{dm^3}\ \left(lämpötilassa\ 25°C\right)$]]
    • tasapainovakion lauseke
      • [[$K_c=\frac{\left[H_3O^+\right]\left[OH^-\right]}{\left[H_2O\right]^2}\ \ \ \mid\cdot\left[H_2O\right]^2$]]

      • [[$K_c\cdot\left[H_2O\right]^2=\left[H_3O^+\right]\left[OH^-\right]=K_w$]]

      • [[$eli\ veden\ ionitulo\ K_w=\left[H_3O^+\right]\cdot\left[OH^-\right]=1{,}0\cdot10^{-14}\ \left(\frac{mol}{dm^3}\right)^2$]]
      • Ottamalla tästä puolittain - kymmenkantainen logaritmi, saadaan yhteys
        • [[$-\lg K_w=-\lg\left[H_3O^+\right]+\left(-\lg\left[OH_-\right]\right)\ \ \Leftrightarrow\ 14\ =pH+pOH$]]

  • Jos tiedetään hydroksidi-ionikonsentraatio niin pH saadaan
    • määrittämällä ensin oksoniumionikonsentraatio 
    • [[$\left[H_3O^+\right]=\frac{K_w}{\left[OH^-\right]}\ ja\ nyt\ pH=-\lg\left[H_3O^+\right]$]]
    •  [[$tai\ \left[OH^-\right]\ avulla\ lasketaan\ pOH=-\lg\left[OH^-\right]\ ja\ pH=14-pOH$]]


Kotitehtävät: 81 loppuun ja 82

Kotitehtävät (25.2.): 89 ja 92
  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.