Sav-bázis reakciók

1. Sav-bázis reakciók BrønstedLowry-féle sav-bázis elmélet Konjugált sav-bázis rendszerek bázissav NH3 + HClNH4+ + Cl H2O + HClH3O+ + Cl NH3 + H2ONH4+ + OH Sav: H+ (proton)-donor Bázis: H+-akceptor Víz: amfoter (lehet sav és bázis is) konjugált párok: savbázis + H+

2. Sav-bázis egyensúlyok vízben HA + H2O H3O+ + A B + H2O HB+ + OH

3. A víz öndisszociációja és a pH-skála H2O + H2O H3O+ + OH 25 ºC-on Kv = 1,01014 (Kv mértékegysége az egyenlet alapján mol2 dm6, de precízebben levezetve ún. aktvitásokat kellene beírni az egyenletbe, amiből Kv – és általában K – mértékegység nélküli szám.) Tiszta vízben, 25 ºC-on: [H3O+] = [OH] = 107 mol/dm3 pH = pOH = 7 pH := log [H3O+] pOH := log [OH] pH+pOH =14 + HA  [H3O+] >107 mol/dm3 > [OH] pH < 7 pOH>7 (pH+pOH =14 ) + B  [H3O+] <107 mol/dm3 < [OH] pH >7 pOH<7 (pH+pOH =14 ) pl. Coca Cola pH≈2,5 Dove kézmosó szappan pH≈7,0 Ásványvíz pH≈5,0 Palmolive pH≈10,0 Bor pH≈3,5

4. Hidrolízis és pufferoldatok HA gyenge sav erős bázissal alkotott sójának lúgos hidrolízise: A + H2OHA + OH pl. CH3COONa + H2OCH3COOH + OH B gyenge bázis erős savval alkotott sójának savas hidrolízise: BH+ + H2O B + H3O+ pl. NH4Cl + H2O NH3 + H3O+ pufferoldat: gyenge sav és gyenge sav erős bázissal alkotott sójának oldata vagy gyenge bázis és gyenge bázis erős savval alkotott sójának pl. CH3COOH és CH3COONa oldata NH3 és NH3Cl oldata Mi történik erős sav/bázis hozzáadásakor?

5. Sav-bázis indikátorok Sav-bázis titrálások

6. Fenolftalein Sav-bázis indikátorok  H+ (+OH) nincs hosszú konjugált részlet  színtelen + H+ több gyűrűre átterjedő konjugált kötések  közeli elektronállapotok  színes

7. A Lewis-féle sav-bázis elmélet Lewis sav: elektronpár-akceptor Lewis-bázis: elektronpár-donor pl. H+ + :OH = HOH :NH3 + H2O = NH4+ + OH Általánosabban használható, mint a BrønstedLowry-féle sav-bázis elmélet Lewis-sav Lewis-bázis sav-bázis komplex

8. Az eső természetes savassága és a savas eső Természetes savasság: Savas eső: SO2 + H2O = H2SO3 SO2 + O3 = SO3 + O2 SO3 + H2O = H2SO4 2NO2 + 2H2O = HNO2 + HNO3 H2O + CO2→ H2CO3 H2O + H2CO3 HCO3 + H3O+ pH ≈ 5, mészkő, vízkő képződése: H2CO3 + CaCO3 2HCO3 + Ca2+(aq)

9. Szupersavak és karbokation kémia erős komplex  HF-nál erősebb sav! Oláh György (1927) Kémiai Nobel-díj: 1994 HF/SbF5 CH4→ CH5+

10. Redoxireakciók Redoxititrálások: pl. [Fe2+] meghatározása KMnO4-gyel Redoxireakció: elektronátadási folyamat Oxidáció: elektronleadás (oxidációs szám nő) Redukció: elektronfelvétel (oxidációs szám csökken) szinproporció OCl(aq) + Cl(aq) + 2H+(aq) Cl2(g) + H2O diszproporció Egyenletek rendezése az oxidációs szám változások legkisebb közös többszöröse alapján!

11. Redukáló- és oxidálószerek Hogyan lehetne számmal jellemezni az oxidáló/redukáló képességet?

12. Elektródok Elektród: olyan rendszer, amelyben elsőrendű vezető (fém) érintkezik másodrendű vezetővel (fémionok vizes oldata) http://www.chemguide.co.uk/physical/redoxeqia/introduction.html

13. cink- anód réz- katód sóhíd vatta -oldat -oldat Celladiagram: Zn | Zn2+(aq) Cu2+(aq) | Cu Galváncellák Zn(sz) + Cu2+(aq) = Zn2+(aq) + Cu(sz), két folyamat térbeli elválasztása: _ + oxidáció redukció Zn(sz) = Zn2+(aq) +2e– Cu2+(aq) +2e– = Cu(sz) (1 M) (1 M) Elektromotoros erő (E): az a feszültség, ami akkor mérhető, amikor a cellán nem folyik át áram

14. Alessandro Volta (1745  1827) Luigi Galvani (17371798) Michael Faraday (17911867) Humphry Davy (1778 1829)

15. A standard hidrogénelektród H+(aq) + e =1/2 H2(g) Megállapodás szerint: eºH+/H2 := 0 Félcella-reakciója: Pt | H2 | 1 M H+(aq) pontosabban(!): Pt | H2 | 1 mol H+ /1 kg oldat

16. Az elektródpotenciál Az elektród potenciálja (e): annak a galváncellának az elektromotoros ereje, amelynek az egyik elektródja a kérdéses elektród, a másik pedig a standard hidrogénelektród Standardpotenciál (eº): egységnyi koncentrációjú (aktivitású) oldat elektród potenciálja Nernst-egyenlet: F=96485 C / mol Negatívabb oxidálódik, pozitívabb redukálódik.

17. Elsőfajú elektród, pl.: Ag+(sz) + e = Ag(sz) Ag(sz) | Ag+ (aq) e függ a koncentrációtól Másodfajú elektród, pl.: Ag+(sz) + e = Ag(sz) AgCl(sz) Ag+(aq) + Cl(ag) Ag(sz) | AgCl | KCl 1 mol / kg (aq) AgCl oldatbeli koncentrációja jó közelítéssel állandó → e állandó Az üvegelektród Jó referenciaelektród!

18. A Leclanché-féle szárazelem + záróréteg burkolat légtér NH4Cl + ZnCl2 C + MnO2 Zn membrán grafit Georges Leclanché (18391882) _ Hasonlóan működik az alkáli-szárazelem:

19. Hg Higanyos oxidos gombelem Kiszorulóban…

20. Li/grafit anód membrán Li/CoO2 katód Az újratölthető NiCd és Li elem Anód: xLi+ + CoO2 + xe– → LixCO2 Katód: LixC6→ xLi+ + 6C + xe–

21. Töltött Kisütés Kisütött Töltés Az ólomakkumulátor Használatkor (kisütés): Pb(sz)  +  HSO4  =  PbSO4(sz) + H+ + 2e    anód: oxidáció PbO2(sz)  +  HSO4  + 3H+  + 2e  =  PbSO4(sz)  + 2 H2O  katód: redukció Pb(sz)  +  PbO2  + 2H+  + 2HSO4  =  2PbSO4(sz) + 2H2O

22. H2/O2 tüzelőanyagelem

23. H2/O2 tüzelőanyagelem Más tüzelőanyagelemek is léteznek, illetve fejlesztés alatt állnak: pl. CH4, CH3OH égetése Általános probléma: katalizátor élettartama

24. Tüzelőanyagelemek hatásfoka Hőerőművek hatásfoka < 40%

25. Az elektrolízis pl. a víz bontása H2 O2 Egyenáram Fém Pt oldat Katód: - Anód: + 2O2 = O2 + 4e oxidáció 4H+ + 4e = 2H2 redukció

26. Az elektrolízis ipari felhasználása: alumíniumgyártás Na3AlF6 (kriolit) és Al2O3 olvadéka A termék árában nagy arányban benne van az elektromos áram ára!! (Pl. Izland bauxitja (Al2O3) nincs, mégis az Al-gyártás az egyik legfontosabb bevétele.) Más fémek is: pl. Na (és hypo NaOCl gyártása)

27. Fe csővezeték Mg vagy Zn Korrózióvédelem hátrány: Passzív: H+, H2O Sn2+, Fe2+ festék, v. nagy eº-ú fém (pl. Sn), vagy tömör oxidréteg (pl. Al2O3) Sn kis eº-úfém Fe helyi elem: Fe + Sn2+ = Sn + Fe2+ Aktív: H+, H2O Zn2+, Fe2+ Zn Fe helyi elem: Zn + Fe2+ = Fe + Zn2+ Fe belül zinkrúd vagy - potenciál