Χημεία Κατεύθυνσης: Οξέα και Βάσεις: Ρυθμιστικά Διαλύματα (Θεωρία)

Η θεωρία στο άρθρο αυτό προέρχεται από την ενότητα 2.1.4 του βιβλίου  «Γενική Χημεία Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης» - Κ. Καλαματιανός.   Λεπτομερής παρουσίαση του βιβλίου, αποσπάσματά του και τρόποι αγοράς δίνονται στον ιστότοπο:

  https://sites.google.com/site/kalamatianosbooks  

 Το βιβλίο διατίθετα στον παραπάνω ιστότοπο σε ειδική προνομιακή τιμή.

  

Διατίθεται επίσης στα εξής  βιβλιοπωλεία (μεταξύ άλλων): Ιανός (Αθήνα – Θεσ/νικη), Κορφιάτης,  Γρηγόρη,  Ελευθερουδάκης,  Πατάκης,  Αναστασάκης,  Βιβλιοχώρα.

Σκοπός σε αυτή την ενότητα είναι να:

 i)      Περιγραφεί η επίδραση κοινών ιόντων στον ιοντισμό ασθενών οξέων και ασθενών βάσεων σε υδατικά διαλύματα και να παρουσιασθεί η μέθοδος με την οποία υπολογίζονται οι συγκεντρώσεις των ουσιών σε τέτοια διαλύματα (διαλύματα ασθενών οξέων ή βάσεων και των κοινών ιόντων τους).

ii)      Εξηγηθεί γιατί το απεσταγμένο νερό δεν μπορεί να αντισταθεί σε μεταβολές του pH του όταν προστίθεται σε αυτό οξύ ή βάση σε αντίθεση με τα ρυθμιστικά διαλύματα. Να παρουσιασθεί ο τρόπος με τον οποίο τα ρυθμιστικά διαλύματα αντιστέκονται σε σημαντική μεταβολή του pH τους όταν προστίθεται σε αυτά οξύ ή βάση.          

iii)     Παρουσιασθεί ο τρόπος με τον οποίο υπολογίζεται το pH ενός ρυθμιστικού διαλύματος από τις συγκεντρώσεις του συζυγούς ζεύγους και τις τιμές για τα k_a και k_b.

iv)     Παρουσιασθεί πώς προετοιμάζεται ένα ρυθμιστικό διάλυμα με συγκεκριμένο pH.
v)      Παρουσιασθεί πώς μεταβάλλεται η τιμή του pH ενός ρυθμιστικού διαλύματος όταν προστίθεται σε αυτό οξύ ή βάση.
vi)    Εξηγηθεί πώς λειτουργεί ένας δείκτης οξέος-βάσης

vii)   Εξηγηθεί πώς υπολογίζεται το pH του διαλύματος σε ογκομετρήσεις ισχυρού οξέος – ισχυρής βάσης, ασθενούς οξέος – ισχυρής βάσης, ασθενούς  βάσης – ισχυρού οξέος

viii)  Περιγραφεί πώς εξάγονται πολύτιμες πληροφορίες από μία καμπύλη ογκομέτρησης οξέος – βάσης (όπως το αρχικό pH του διαλύματος, το ισοδύναμο σημείο, επιλογή του κατάλληλου δείκτη)

Όταν θα έχεις ολοκληρώσει την μελέτη αυτής της ενότητας θα πρέπει να είσαι σε θέση να:

•  Προβλέπεις αλλά και να υπολογίζεις πώς η προσθήκη κοινού ιόντος επηρεάζει το pH ενός υδατικού διαλύματος ενός ασθενούς οξέος ή μιάς ασθενούς βάσης.
• Εξηγήσεις πώς ένα ρυθμιστικό διάλυμα συγκεκριμένου pH προετοιμάζεται και πώς λειτουργεί όταν προστίθεται σε αυτό οξύ ή βάση.
• Υπολογίσεις την μεταβολή του pH ενός ρυθμιστικού διαλύματος, του οποίου η σύνθεση είναι γνωστή, όταν προστίθενται σε αυτό μικρές ποσότητες ισχυρού οξέος ή ισχυρής βάσης.
• Υπολογίσεις τις συγκεντρώσεις των ουσιών στο ρυθμιστικό διάλυμα ώστε η μεταβολή του pH του να βρίσκεται μέσα σε συγκεκριμένο εύρος όταν προστίθεται σε αυτό συγκεκριμένη ποσότητα οξέος ή βάσης.
• Χρησιμοποιήσεις πίνακες δεικτών όπου φαίνεται η περιοχή του pH που αλλάζουν χρώμα για να προβλέψεις το pH ενός διαλύματος
• Διαλέξεις ένα κατάλληλο δείκτη για μία συγκεκριμένη ογκομέτρηση
• Υπολογίσεις το pH σε κάθε σημείο (συμπεριλαμβανομένου και του ισοδύναμου σημείου) σε ογκομετρήσεις ισχυρού οξέος – ισχυρής βάσης, ασθενούς οξέος – ισχυρής βάσης, ασθενούς  βάσης – ισχυρού οξέος

Ρυθμιστικά Διαλύματα   

Το σχετικό απόσπασμα απο το βιβλίο δίνεται εδώ

Βιβλίο-Βοήθημα "Γενική Χημεία Γ΄Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης", Συγγραφέας: Κώστας Καλαματιανός

Σχήμα  20,5 x 29,2

Eξώφυλλο / Εσωτερικό : Τετραχρωμία

Σελίδες: 417

ΙSBN 978-960-93-2031-3

Το έγχρωμο αυτό βιβλίο  απευθύνεται στον υποψήφιο για την τριτοβάθμια εκπαίδευση και περιλαμβάνει:

•  Όλη την αντίστοιχη θεωρία του σχολικού βιβλίου ενότητα προς ενότητα. Η ύλη παρουσιάζεται αναλυτικά, χωρίς λογικά άλματα και σε μορφή συζήτησης (με παραδείγματα από την καθημερινή ζωή, με ερωτήσεις-απαντήσεις, επεξηγήσεις καθώς και με λυμένα παραδείγματα ασκήσεων). Στόχος είναι να μπορούν να προσεγγίσουν νοηματικά την ύλη με μεγαλύτερη ευκολία οι αναγνώστες
• Περισσότερα από 80 έγρωμα σχήματα/εικόνες έτσι ώστε να διευκολύνεται η κατανόηση, η σύνδεση και η αναπαράσταση των εννοιών που υπάρχουν στο κείμενο
• Την θεωρία των ενοτήτων παρουσιασμένη και με συνοπτικό τρόπο σε μία σελίδα σε μορφή διαγραμμάτων ροής (για την επανάληψη της ύλης κάθε ενότητας).
• Την ύλη προηγούμενων τάξεων που θεωρείται απαραίτητη για την κατανόηση των ενοτήτων (δίνεται με μορφή ενθέτου θεωρίας και με συνοπτικό τρόπο)
• Μεγάλο αριθμό μεθοδολογικά λυμένων ασκήσεων (400 λυμένες ασκήσεις βήμα-βήμα) ώστε να βοηθηθεί η εμπέδωση της ύλης κάθε ενότητας ή ομάδας συγγενών ενοτήτων  Συμπεριλαμβάνονται θέματα των πανελλαδικών εξετάσεων της τελευταίας δεκαετίας
• Λυμένες ασκήσεις - παραδείγματα στο τέλος κάθε ενότητας και η διασύνδεσή τους με αντίστοιχες ασκήσεις στο τέλος κάθε κεφαλαίου
• Πολλές επαναληπτικές ασκήσεις

Το βιβλίο διατίθεται στα παρακάτω βιβλιοπωλεία (μεταξύ άλλων):  Ιανός (Αθήνα – Θεσ/νικη), Κορφιάτης, Γρηγόρη, Ελευθερουδάκης,  Πατάκης,  Σαββάλας-Βιβλιορυθμός, "Βιβλιοεπιλογή" Γ.Χ.  Αναστασάκης, Βιβλιοχώρα, Βεργίνα, Ψαράς (ΘΕΣ/NIKH), Παιδεία (ΛΑΡΙΣΑ).

 Λεπτομερής περιγραφή του βιβλίου και αποσπάσματα του δίνονται στον παρακάτω ιστότοπο όπου είναι δυνατό να αγορασθεί και σε ειδική προνομιακή τιμή (περιορισμένος αριθμός βιβλίων).  Για τους τρόπους αγοράς του βιβλίου πατήστε εδώ.  Τα έξοδα αποστολής είναι δωρεάν εντός Ελλάδας για απλό δέμα.

 https://sites.google.com/site/kalamatianosbooks/

Χημεία Γ΄ Λυκείου: Ηλεκτρονιακοί Τύποι του Lewis (Επαναληπτικές Ασκήσεις)

Η άσκηση και η σχετική μεθοδολογία για την επίλυσή της προέρχεται από την σελίδα 126 του βιβλίου  «Γενική Χημεία Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης» - Κ. Καλαματιανός.   Λεπτομερής παρουσίαση του βιβλίου, αποσπάσματά του και τρόποι αγοράς δίνονται στον ιστότοπο:

  https://sites.google.com/site/kalamatianosbooks  

 Το βιβλίο διατίθετα στον παραπάνω ιστότοπο σε ειδική προνομιακή τιμή.

  

Διατίθεται επίσης στα εξής  βιβλιοπωλεία (μεταξύ άλλων): Ιανός (Αθήνα – Θεσ/νικη), Κορφιάτης,  Γρηγόρη,  Ελευθερουδάκης,  Πατάκης,  Αναστασάκης,  Βιβλιοχώρα.

1.  Γράψτε τον ηλεκτρονιακό τύπο του Lewis για το CN^-

Απάντηση:

Ακολουθούμε την Μεθοδολογία για την γραφή ηλεκτρονιακών τύπων του Lewis που δίνεται στην σελίδα 126 του βιβλίου «Γενική Χημεία για την Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης» - Κ. Καλαματιανός. Η μεθοδολογία αυτή πρακτικά επιτρέπει να γράψουμε τον ηλεκτρονιακό τύπο του Lewis για οποιαδήποτε μόριο ή ιόν.

Βήμα 1:

Συνδέουμε τα άτομα με απλό δεσμό και τοποθετούμε μη δεσμικά ζεύγη ηλεκτρονίων έτσι ώστε όλα τα άτομα να έχουν οκτάδα ηλεκτρονίων (προσωρινά δεν μας ενδιαφέρει το φορτίο):

Βήμα 2:

Προσδιορίζουμε τον αριθμό των ηλεκτρονίων σθένους (Ν_ΗΣ) στο μόριο (ιόν):

Ν_ΗΣ = [(4 + 5) – (-1)] = 10

Βήμα 3:

Προσδιορίζουμε τον αριθμό των ζευγών ηλεκτρονίων σθένους (Ζ_ΗΣ) στο μόριο (ιόν):

Ζ_ΗΣ = Ν_ΗΣ / 2 = 10 / 2 = 5

Βήμα 4:

Προσδιορίζουμε τον αριθμό των ζευγών των δεσμικών (Ζ_Δ) και των μη δεσμικών ηλεκτρονίων  (Ζ_ΜΔ) στο μόριο (ιόν):

Ζ_{Δ + ΜΔ} = 1 + 6 = 7

Βήμα 5:

Προσδιορίζουμε τον αριθμό των ζευγών των ηλεκτρονίων σε πολλαπλούς δεσμούς στο μόριο (ιόν):

Ζ_ΠΔ = (Ζ_{Δ + ΜΔ}) - Ζ_ΗΣ = 7 – 5 = 2  και επομένως υπάρχουν 2 ζεύγη ηλεκτρονίων σε πολλαπλούς δεσμούς.

Βήμα 6:

Γράφουμε τον ηλεκτρονιακό τύπο του Lewis στην τελική μορφή του από τον τύπο στο Βήμα 2 : α) προσθέτοντας διπλούς ή τριπλούς δεσμούς σύμφωνα με το Βήμα 5 και β) αφαιρώντας μη δεσμικά ζεύγη ηλεκτρονίων ώστε όλα τα άτομα να έχουν οκτάδα ηλεκτρονίων (πλήν του Η, Β και των ατόμων των περιόδων 3 και πάνω εάν υπάρχουν στο μόριο).

 

Οξέα και Βάσεις - Ιοντική Ισορροπία: Επίδραση Κοινού Ιόντος (Θεωρία)

Η θεωρία στο άρθρο αυτό προέρχεται από την ενότητα 2.1.4 του βιβλίου  «Γενική Χημεία Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης» - Κ. Καλαματιανός.   Λεπτομερής παρουσίαση του βιβλίου, αποσπάσματά του και τρόποι αγοράς δίνονται στον ιστότοπο:

  https://sites.google.com/site/kalamatianosbooks  

 Το βιβλίο διατίθετα στον παραπάνω ιστότοπο σε ειδική προνομιακή τιμή.

  

Διατίθεται επίσης στα εξής  βιβλιοπωλεία (μεταξύ άλλων): Ιανός (Αθήνα – Θεσ/νικη), Κορφιάτης,  Γρηγόρη,  Ελευθερουδάκης,  Πατάκης,  Αναστασάκης,  Βιβλιοχώρα.

Σκοπός σε αυτή την ενότητα είναι να:

 i)      Περιγραφεί η επίδραση κοινών ιόντων στον ιοντισμό ασθενών οξέων και ασθενών βάσεων σε υδατικά διαλύματα και να παρουσιασθεί η μέθοδος με την οποία υπολογίζονται οι συγκεντρώσεις των ουσιών σε τέτοια διαλύματα (διαλύματα ασθενών οξέων ή βάσεων και των κοινών ιόντων τους).

ii)      Εξηγηθεί γιατί το απεσταγμένο νερό δεν μπορεί να αντισταθεί σε μεταβολές του pH του όταν προστίθεται σε αυτό οξύ ή βάση σε αντίθεση με τα ρυθμιστικά διαλύματα. Να παρουσιασθεί ο τρόπος με τον οποίο τα ρυθμιστικά διαλύματα αντιστέκονται σε σημαντική μεταβολή του pH τους όταν προστίθεται σε αυτά οξύ ή βάση.      
iii)     Παρουσιασθεί ο τρόπος με τον οποίο υπολογίζεται το pH ενός ρυθμιστικού διαλύματος από τις συγκεντρώσεις του συζυγούς ζεύγους και τις τιμές για τα k_a και k_b.
iv)     Παρουσιασθεί πώς προετοιμάζεται ένα ρυθμιστικό διάλυμα με συγκεκριμένο pH.
v)      Παρουσιασθεί πώς μεταβάλλεται η τιμή του pH ενός ρυθμιστικού διαλύματος όταν προστίθεται σε αυτό οξύ ή βάση.
vi)    Εξηγηθεί πώς λειτουργεί ένας δείκτης οξέος-βάσης
vii)   Εξηγηθεί πώς υπολογίζεται το pH του διαλύματος σε ογκομετρήσεις ισχυρού οξέος – ισχυρής βάσης, ασθενούς οξέος – ισχυρής βάσης, ασθενούς  βάσης – ισχυρού οξέος
viii)  Περιγραφεί πώς εξάγονται πολύτιμες πληροφορίες από μία καμπύλη ογκομέτρησης οξέος – βάσης (όπως το αρχικό pH του διαλύματος, το ισοδύναμο σημείο, επιλογή του κατάλληλου δείκτη)
Όταν θα έχεις ολοκληρώσει την μελέτη αυτής της ενότητας θα πρέπει να είσαι σε θέση να:

•  Προβλέπεις αλλά και να υπολογίζεις πώς η προσθήκη κοινού ιόντος επηρεάζει το pH ενός υδατικού διαλύματος ενός ασθενούς οξέος ή μιάς ασθενούς βάσης.
• Εξηγήσεις πώς ένα ρυθμιστικό διάλυμα συγκεκριμένου pH προετοιμάζεται και πώς λειτουργεί όταν προστίθεται σε αυτό οξύ ή βάση.
• Υπολογίσεις την μεταβολή του pH ενός ρυθμιστικού διαλύματος, του οποίου η σύνθεση είναι γνωστή, όταν προστίθενται σε αυτό μικρές ποσότητες ισχυρού οξέος ή ισχυρής βάσης.
• Υπολογίσεις τις συγκεντρώσεις των ουσιών στο ρυθμιστικό διάλυμα ώστε η μεταβολή του pH του να βρίσκεται μέσα σε συγκεκριμένο εύρος όταν προστίθεται σε αυτό συγκεκριμένη ποσότητα οξέος ή βάσης.
• Χρησιμοποιήσεις πίνακες δεικτών όπου φαίνεται η περιοχή του pH που αλλάζουν χρώμα για να προβλέψεις το pH ενός διαλύματος
• Διαλέξεις ένα κατάλληλο δείκτη για μία συγκεκριμένη ογκομέτρηση
• Υπολογίσεις το pH σε κάθε σημείο (συμπεριλαμβανομένου και του ισοδύναμου σημείου) σε ογκομετρήσεις ισχυρού οξέος – ισχυρής βάσης, ασθενούς οξέος – ισχυρής βάσης, ασθενούς  βάσης – ισχυρού οξέος

Επίδραση Κοινού Ιόντος στην Χημική Ισορροπία Οξέων – Bάσεων   

 Εάν υπολογίσουμε την συγκέντρωση του [OH^-] σε απεσταγμένο νερό στο οποίο έχουμε προσθέσει HCl θα διαπιστώσουμε ότι είναι πάρα πολύ μικρότερη από ότι στο καθαρό απεσταγμένο νερό [1]. Στην πραγματικότητα περιμένουμε ότι αυτό θα συμβαίνει, καθώς με βάση το γινόμενο ιόντων του νερού (k_w = 10^-14) όσο η συγκέντρωση του [H₃O⁺] αυξάνει (καθώς διαλύεται το HCl στο νερό) τόσο η συγκέντρωση του [OH^-] ελαττώνεται ώστε το γινόμενο να παραμένει σταθερό στην ίδια θερμοκρασία.

Πραγματική όμως ερμηνεία, γιατί παρατηρείται ελάττωση της συγκέντρωσης του [OH^-] καθώς διαλύεται το HCl στο νερό, μπορεί να δοθεί εάν σκεφτούμε τι πραγματικά συμβαίνει στην αντίδραση χημικής ισορροπίας του αυτοϊοντισμού του νερού. Η σημαντική μεταβολή που συμβαίνει στην ισορροπία είναι η μεγάλη αύξηση της συγκέντρωσης του H₃O⁺ που οφείλεται στον πλήρη ιοντισμό του ισχυρού οξέος HCl (Σχήμα 2-12).  Η μεταβολή αυτή αναγκάζει την  χημική ισορροπία του αυτοϊοντισμού να στραφεί προς τα αριστερά (προς τα αντιδρώντα) έτσι ώστε να ελαττώσει την αύξηση του H₃O⁺ (Αρχή του Le Chatelier, δες σελίδα 232). Το H₃O⁺ είναι το κοινό ιόν των δύο αντιδράσεων σε αυτή την περίπτωση. Aντίστοιχα εάν σε απεσταγμένο νερό προστεθεί μία ισχυρή βάση (π.χ. ΝaOH) η θέση της χημικής ισορροπίας του αυτοϊοντισμού του νερού θα μετατοπισθεί προς τα αριστερά για να ελαττώσει την αύξηση της συγκέντρωσης του [OH^-] σε αυτή την περίπτωση. Στην περίπτωση αυτή το κοινό ιόν των δύο αντιδράσεων είναι το OH^-. [2]

Σχήμα 2-12: Μετατόπιση της χημικής ισορροπίας του αυτοιοντισμού του νερού προς τα αντιδρώντα (προς τα αριστερά) λόγω της επίδρασης της προσθήκης HCl στο διάλυμα (επίδραση του κοινού ιόντος Η+)

Eπίδραση κοινού ιόντος έχουμε όταν σε διάλυμα ασθενούς ηλεκτρολύτη προσθέσουμε άλλο ηλεκτρολύτη (συνήθως ισχυρό) που να έχει κοινό ιόν με τον ασθενή ηλεκτρολύτη. Στην περίπτωση αυτή ο βαθμός ιοντισμού του ασθενούς ηλεκτρολύτη μειώνεται, λόγω μετατόπισης της ισορροπίας ιοντισμού προς τα αριστερά, σύμφωνα με την αρχή του Le Chatelier.

 Ας εξετάσουμε όμως ποιο αναλυτικά και με παραδείγματα την επίδραση κοινού ιόντος σε διάφορα διαλύματα όπως:

Για μία αναλυτική παρουσίαση της επίδρασης κοινού ιόντος δές το σχετικό απόσπασμα του βιβλίου εδώ. 

Εναλλακτικά δές στον ιστότοπο που παρουσιάζεται το βιβλίο εδώ.

  

---

[1] Επειδή ο αυτοϊοντισμός του νερού γίνεται σε πολύ μικρό βαθμό ακόμη και εάν προσθέταμε σε αυτό ασθενές  οξύ ή βάση  θα παρατηρούσαμε την επίδραση του κοινού ιόντος.

---

---

[2] Η συγκέντρωση του [OH^-] σε απεσταγμένο νερό είναι [OH^-] = 10^-7 M. Eάν προστεθούν σε 1 λίτρο απεσταγμένου Η₂Ο 0,001 mol HCl η συγκέντρωση του [H₃O⁺] = 10^-3 M και η [OH^-] ελαττώνεται και γίνεται [OH^-]  = 10^-11 M


<a href="http://www.sync.gr/claim/8aRrvPavVeR8" rel="sync"></a>