7. Οξέακαιβάσεις ΣΚΟΠΟΣ · 2019-06-30 · ΑέριαHCl και ΝΗ 3 απότα πυκνάδιαλύματά τους, που βρίσκονταιστα γυάλιναδισκία,

1

ΣΚΟΠΟΣΣκοπός αυτού του κεφαλαίου είναι να γνωρίσουμε ταιδιαίτερα χαρακτηριστικά των οξέων και βάσεων, νασυσχετίσουμε τις όξινες ή βασικές ιδιότητες μιαςουσίας με τη μοριακή της δομή και να μελετήσουμε τιςοξεοβασικές αντιδράσεις, υπό το πρίσμα τωνεπικρατέστερων θεωριών, οι οποίες έχουναναπτυχθεί μέχρι σήμερα.

7. Οξέα και βάσεις

2

Προσδοκώμενα αποτελέσματα

Όταν θα έχετε μελετήσει αυτό το κεφάλαιο, θα μπορείτε να:

Ορίζετε τι είναι οξύ και τι βάση, σύμφωνα με τη θεωρία τουArrhenius.Ορίζετε τι είναι οξύ και τι βάση, σύμφωνα με τη θεωρία των

Brönsted–Lowry.Αναγνωρίζετε τα χημικά είδη που είναι οξέα ή βάσεις κατά

Lewis.Ορίζετε την έννοια συζυγές ζεύγος οξέος-βάσεως.∆ίνετε τον ορισμό της αμφιπρωτικής χημικής οντότητας.Ορίζετε την εξίσωση διαστάσεως.∆ιακρίνετε τα οξείδια σε όξινα, βασικά ή επαμφοτερίζοντα. Ορίζετε τι είναι οξύ και τι βάση κατά Lewis.Αναγνωρίζετε τα χημικά είδη που είναι οξέα ή βάσεις κατά

Lewis.


3

Κατανοείτε τη σχέση ανάμεσα στην ισχύ ενός οξέος και τηνισχύ της συζυγούς του βάσης.Προβλέπετε αν μια οξεοβασική αντίδραση ευνοεί τα

αντιδρώντα ή τα προϊόντα. Αναφέρετε τους δύο παράγοντες που καθορίζουν τη σχετική

ισχύ οξέων.Κατανοείτε τις περιοδικές τάσεις αναφορικά με την ισχύ των

δυαδικών οξέων ΗΧ.Κατανοείτε τους κανόνες που διέπουν τη σχετική ισχύ των

οξοοξέων.Κατανοείτε τη σχετική όξινη ισχύ ενός πολυπρωτικού οξέος

και των ανιόντων του.Συγκρίνετε την ισχύ οργανικών οξέων.


4


Έννοιες κλειδιάΆλαςΑμφιπρωτικό χημικό είδοςΑντίδραση εξουδετέρωσηςΑνυδρίτες βάσεωνΑνυδρίτες οξέωνΑσθενή οξέα και βάσειςΑυτοϊοντισμόςΒάση κατά LewisΒασικά οξείδια∆υαδικά υδρίδιαΈνωση συντάξεωςΕξίσωση διαστάσεωςΕπαμφοτερίζον χημικό είδοςΘεωρία ArrheniusΘεωρία Brönsted–Lowry

5


Έννοιες κλειδιά

Θεωρία Lewis Ιόν υδρονίου ή οξονίουΙσχυρά οξέα και βάσειςΟξοοξέαΟξύ κατά Lewis ΠρωτονιοδέκτηςΠρωτονιοδότηςΣυζυγές ζεύγος οξέος – βάσηςΥδρίδια ομοιοπολικά

6


Ebbing: Κεφάλαιο 157.1 Γενικά περί των οξέων και των βάσεων7.2 Θεωρία Arrhenius7.3 Θεωρία Brönsted – Lowry7.4 Ισχύς των οξέων και μοριακή δομή7.5 Οξεοβασική συμπεριφορά των οξειδίων7.6 Θεωρία Lewis

7

Οξέα και βάσεις (τρόποι διάκρισης)

Τα οξέα έχουν όξινη γεύση, ενώ οι βάσεις είναι πικρές.Τα οξέα και οι βάσεις μεταβάλλουν το χρώμα ορισμένωνχρωστικών που λέγονται δείκτες, όπως το ηλιοτρόπιο καιη φαινολοφθαλεΐνη.Τα οξέα αλλάζουν το χρώμα του ηλιοτροπίου από μπλε σεκόκκινο και της φαινολοφθαλεΐνης από ροζ σε άχρωμο. Οι βάσεις προκαλούν ακριβώς τις αντίθετες χρωματικέςαλλαγές. Οξέα και βάσεις εξουδετερώνουν ή αντιστρέφουν τα μεν τηδράση των δε. Στη διάρκεια της εξουδετέρωσης, οξέα καιβάσεις αντιδρούν μεταξύ τους παράγοντας ουσίες πουονομάζονται άλατα. Τα οξέα αντιδρούν με δραστικά μέταλλα, όπως μαγνήσιοκαι ψευδάργυρος, ελευθερώνοντας υδρογόνο.

8

Οξέα και βάσεις (Εισαγωγή)

Arrhenius (πρώτη επιτυχής θεωρία περί οξέων και βάσεων) Οξέα είναι ουσίες που αυξάνουν τη συγκέντρωση τωνιόντων Η+ σε ένα υδατικό διάλυμα. Βάσεις είναι ουσίες που αυξάνουν τη συγκέντρωση τωνιόντων ΟΗ– σε ένα υδατικό διάλυμα.Πολλές αντιδράσεις που έχουν χαρακτηριστικάαντιδράσεων οξέων–βάσεων σε υδατικό διάλυμα, γίνονταικαι σε άλλους διαλύτες ή και χωρίς διαλύτη.Π.χ., το υδροχλωρικό οξύ αντιδρά με υδατική αμμωνία, ηοποία κατά την άποψη του Arrhenius είναι βάση επειδήαυξάνει τη συγκέντρωση των ιόντων ΟΗ– σε υδατικόδιάλυμα. Η αντίδραση μπορεί να γραφεί ως εξής:

HCl(aq) + NH3(aq) → NH4Cl(aq)

9

Μια τελείως όμοια αντίδραση λαμβάνει χώρα μεταξύχλωριδίου του υδρογόνου και αμμωνίας που έχουν διαλυθείσε βενζόλιο, C6Η6. Το προϊόν είναι πάλι ΝΗ4Cl το οποίοστην περίπτωση αυτή καταβυθίζεται ως ίζημα:

HCl(βενζόλιο) + NH3(βενζόλιο) → NH4Cl(s)

Χλωρίδιο του υδρογόνου και αμμωνία αντιδρούν ακόμα καισε αέρια φάση, όπως δείχνει η επόμενη διαφάνεια.

Οι αντιδράσεις αυτές του ΗCl με ΝΗ3 σε βενζόλιο και σεαέρια φάση, ενώ είναι όμοιες με την αντίδραση σε υδατικόδιάλυμα, δεν μπορούν να ερμηνευθούν από τη θεωρία τουArrhenius και γι' αυτό χρειαζόμαστε ευρύτερες θεωρίες περίοξέων και βάσεων.


10

Αέρια HCl καιΝΗ3 από τα

πυκνά διαλύματάτους, που

βρίσκονται σταγυάλινα δισκία, διαχέονται και

αντιδρούνσχηματίζονταςένα νέφος απόχλωρίδιο του

αμμωνίου.


ΗCl(g) + ΝΗ3(g) → ΝΗ4Cl(s)

11

Οξύ κατά Arrhenius είναι η ουσία η οποία, όταν διαλύεται σενερό, αυξάνει τη συγκέντρωση των ιόντων υδρονίου, Η3Ο+(aq).

Για απλούστευση, οι χημικοί χρησιμοποιούν συχνά τονσυμβολισμό Η+(aq) για το ιόν Η3Ο+(aq) και ονομάζουν τοΗ+(aq) ιόν υδρογόνου.

Το ιόν Η+ (πρωτόνιο) δεν μπορεί να υπάρξει ελεύθερο μέσαστο νερό. Το θετικό φορτίο που φέρει έλκεται από ένα ΗΖενός μορίου νερού και σχηματίζεται το ιόν υδρονίου ήοξονίου, Η3Ο+ :

Οξέα και βάσεις κατά Arrhenius

HOH+ +

H H

O HH+

12

Το ιόν υδρονίου, Η3Ο+, συνδέεται μέσω δεσμών υδρογόνουμε ένα μεταβλητό αριθμό μορίων νερού.


Το ιόν υδρονίουπαρουσιάζεται εδώσυνδεδεμένο μέσωδεσμών υδρογόνουμε τρία μόρια νερού.

Το θετικό φορτίο πουσημειώνεται στοκεντρικό οξυγόνο

είναι κατανεμημένο σεόλο το ιόν.

Η9Ο4+

13

Βάση κατά Arrhenius είναι μια ουσία η οποία, όταν διαλύεταισε νερό, αυξάνει τη συγκέντρωση των ιόντων υδροξειδίου, ΟΗ–(aq).

Ο ειδικός ρόλος του ιόντος υδρονίου και του ιόντοςυδροξειδίου σε υδατικά διαλύματα οφείλεται στην ακόλουθηαντίδραση:

Η2Ο( ) + Η2Ο( ) Η3Ο+(aq) + ΟΗ–(aq)

Η προσθήκη οξέων και βάσεων μεταβάλλει τις συγκεντρώσειςαυτών των ιόντων στο νερό.


14

Στη θεωρία του Arrhenius, ισχυρό οξύ είναι μια ουσία ηοποία ιοντίζεται πλήρως σε υδατικό διάλυμα δίνονταςΗ3Ο+(aq) και ένα ανιόν. Π.χ. το υπερχλωρικό οξύ, ΗClΟ4

ΗClΟ4(aq) + Η2Ο( ) → Η3Ο+(aq) + ClO4–(aq)

Άλλα ισχυρά οξέα: H2SO4, HI, HBr, HCl, HNO3

Τα περισσότερα από τα υπόλοιπα οξέα που συναντούμεείναι ασθενή οξέα. Αυτά δεν ιοντίζονται πλήρως σεδιάλυμα και συνυπάρχουν κατά μια αντίθετη αντίδρασημαζί με τα αντίστοιχα ιόντα. Π.χ., η αντίδραση του οξικού οξέος είναι

CH3COOH(aq) + Η2Ο( ) CH3COO–(aq) + Η3Ο+(aq)


15

Ισχυρή βάση είναι μια ουσία η οποία ιοντίζεται πλήρως σευδατικό διάλυμα δίνοντας ΟΗ– και ένα κατιόν. Π.χ. το υδροξείδιο του νατρίου, NaOH:


Άλλες ισχυρές βάσεις: LiOH, KOH, Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2

Οι περισσότερες από τις υπόλοιπες βάσεις που συναντούμεείναι ασθενείς βάσεις. Αυτές δεν ιοντίζονται πλήρως σεδιάλυμα και συνυπάρχουν κατά μια αντίθετη αντίδραση μαζίμε τα αντίστοιχα ιόντα.

Π.χ., η αντίδραση της αμμωνίας είναι

ΝH3(aq) + Η2Ο( ) ΝΗ4+(aq) + ΟΗ–(aq)

NaOH(s) Na+(aq) H2O OH (aq) +

16

Αντίδραση εξουδετέρωσης είναι η αντίδραση ενός οξέος καιμιας βάσης που καταλήγει σε μια ιοντική ένωση και πιθανώςνερό.

Όταν μια βάση προστίθεται σε διάλυμα οξέος, λέμε ότι το οξύεξουδετερώνεται.

Η ιοντική ένωση που προκύπτει ως προϊόν μιας αντίδρασηςεξουδετέρωσης ονομάζεται άλας.

Οι περισσότερες ιοντικές ενώσεις, εκτός από τα υδροξείδια καιτα οξείδια, είναι άλατα, τα οποία μπορούν να ληφθούν απόαντιδράσεις εξουδετέρωσης, όπως π.χ.

2HCl(aq) + Ca(OH)2(aq) → CaCl2(aq) + 2H2O( )οξύ βάση άλας


17

Η ίδια αντίδραση υπό ιοντική μορφή2Η+(aq) + 2Cl–(aq) + Ca2+(aq) + 2OH–(aq)

→ 2Cl–(aq) + Ca2+(aq) + 2H2O( )


Το σχηματιζόμενο άλας σε μια αντίδραση εξουδετέρωσης απαρτίζεταιαπό κατιόντα που λαμβάνονται από τη βάση και ανιόντα πουλαμβάνονται από το οξύ.

Στο παράδειγμα, η βάση είναι το Ca(OH)2 που διαθέτει τα κατιόντα Ca2+

και το οξύ είναι το HCl που παρέχει τα ανιόντα Cl–. Το άλας περιέχειιόντα Ca2+ και Cl– (CaCl2).

Μετά τη διαγραφή των ιόντων θεατών Cl–(aq) και Ca2+(aq) ⇒2Η+(aq) + 2OH–(aq) → 2H2O( )

Αντίδραση εξουδετέρωσης είναι ο συνδυασμός ιόντων υδρογόνου(ή υδρονίου) και ιόντων υδροξειδίου προς σχηματισμό μορίων νερού.

18

Εξουδετέρωση βάσεως από οξύΠοιο από τα παρακάτω είναι το άλας που σχηματίζεται απότην πλήρη εξουδετέρωση υδροξειδίου του βαρίου με νιτρώδεςοξύ; (α) BaHNO2, (β) Ba(NO3)2, (γ) Ba(OH)2, (δ) Ba(NO2)2,(ε) BaNO2

Άσκηση 7.1

Ο τύπος του υδροξειδίου του βαρίου είναι Ba(OH)2 και ο τύποςτου νιτρώδους οξέος είναι ΗΝΟ2. Πλήρης εξουδετέρωση σημαίνει, από το οξύ να αντιδράσουνόλα τα όξινα υδρογόνα και από τη βάση όλες οι ομάδεςυδροξειδίου (ΟΗ), σύμφωνα με το γενικό σχήμα

οξύ + βάση → άλας (ουδέτερο) + Η2Ο

19

Εν προκειμένω θα έχουμε:Ba(OH)2(aq) + 2HNO2(aq) → Ba(NO2)2(aq) + 2H2O( )

Σωστό είναι το (δ)

Τα (α) και (ε) δεν υπάρχουν, το (β) είναι το νιτρικό βάριο και το(γ) είναι το υδροξείδιο του βαρίου.

Άσκηση 7.1

20

Η3Ο+(aq) + Cl–(aq) + ΝΗ3(aq) → H2O( ) + ΝΗ4+(aq) + Cl–(aq)

Οξύ κατά Brönsted-Lowry (Β-L): το μόριο ή το ιόν που δίνειπρωτόνιο σε μια αντίδραση μεταφοράς πρωτονίου. Βάση: το μόριο ή το ιόν που δέχεται το πρωτόνιο σε μιααντίδραση μεταφοράς πρωτονίου. Αντίδραση υδροχλωρικού οξέος με αμμωνία:

Οξέα και βάσεις κατά Brönsted-Lowry

H 3O (aq) + NH3(aq) H2O( ) + +NH4 (aq)+

Πρωτονιοδότης= οξύ

Πρωτονιοδέκτης= βάση

Εφαρμογή της θεωρίας Β-L σε άλλους διαλύτες

NH3(βενζόλιο)+H Cl(βενζόλιο) ΝΗ4Cl(s)οξύ βάση

21

Σε κάθε αντιστρεπτή αντίδραση οξέος–βάσης, τόσο η προς τα δεξιάόσο και η προς τα αριστερά αντίδραση εμπεριέχει μεταφοράπρωτονίου. Π.χ. η αντίδραση της ΝΗ3 με Η2Ο.


+NH3(aq) + H 2O( ) OH (aq)+N H 4 (aq)βάση οξύ οξύ βάση

Τα χημικά είδη ΝΗ4+ και ΝΗ3 αποτελούν ένα συζυγές ζεύγος οξέος–

βάσης.Ένα συζυγές ζεύγος οξέος–βάσης συνίσταται από δύο χημικά είδησε μια αντίδραση οξέος–βάσης, ένα οξύ και μία βάση, τα οποίαδιαφέρουν κατά την απώλεια ή το κέρδος ενός πρωτονίου.Το οξύ σε ένα τέτοιο ζεύγος ονομάζεται συζυγές οξύ της βάσης, ενώη βάση ονομάζεται συζυγής βάση του οξέος.Εδώ το ΝΗ4

+ είναι το συζυγές οξύ της ΝΗ3 και η ΝΗ3 η συζυγής βάσητου ΝΗ4

+.

22

Παρουσίαση της αντίδρασης Η3Ο+ + ΝΗ3 Η2Ο + ΝΗ4+


+ +

Η3Ο+ ΝΗ3 Η2Ο ΝΗ4+

Παρατηρούμε τη μεταφορά ενός πρωτονίου, Η+, από το ιόν Η3Ο+

στο μόριο ΝΗ3. Τα ενδεικτικά φορτία των ιόντων είναι συνολικά φορτία, δηλαδήδεν πρέπει να συνδέονται με κάποια συγκεκριμένα σημείαπάνω στα ιόντα.

23

Αμφιπρωτικό χημικό είδος: το χημικό είδος που περιέχει Η καιμπορεί να δρα είτε ως οξύ είτε ως βάση, ανάλογα με το τι είναι τοάλλο αντιδρών. Επαμφοτερίζον (γενικότερος όρος): το χημικό είδος που μπορεί ναδρα είτε ως οξύ είτε ως βάση, ανάλογα με το τι είναι το άλλοαντιδρών, αλλά δεν χρειάζεται να έχει πρωτόνια.Π.χ., το Al2O3, είναι ένα επαμφοτερίζον οξείδιο, επειδή αντιδρά τόσομε οξέα όσο και με βάσεις. Όμως, το Al2O3 δεν είναι αμφιπρωτικόαφού δεν έχει πρωτόνια.


+NH3(aq) + H 2O( ) OH (aq)+N H 4 (aq)

H 2O( )+ +CH3COO (aq)CH3COO H (aq) +H3O (aq)

βάση οξύ οξύ βάση

οξύ βάση βάση οξύ

Σημαντικός ο αμφιπρωτικός χαρακτήρας του νερού:

24

Αναγνώριση μιας αμφιπρωτικής ουσίας και τρόποςαντίδρασης της αμφιπρωτικής ουσίας με οξέα και βάσειςΠροσδιορίστε την ουσία που είναι αμφιπρωτική και γράψτεμία εξίσωση για την αντίδρασή της με ΟΗ– και μία για τηναντίδρασή της με HBr(aq): H2S, SO2, HSO3

–, H2CO3, ΝΟ2–

Αμφιπρωτική είναι η ουσία που μπορεί να δεχθεί ή να προσφέρει έναπρωτόνιο, δηλαδή να δράσει ως βάση ή ως οξύ κατά Brönsted–Lowry. H2S και το H2CO3: μπορούν μόνο να δώσουν Η+ ⇒ είναι οξέα.SΟ2 δεν μπορεί να δώσει Η+

HSO3– μπορεί και να δώσει και να δεχθεί ένα Η+ (αμφιπρωτικό).

ΝΟ2– μπορεί μόνο να δεχθεί ένα Η+ ⇒ είναι βάση.

HSO3– ως οξύ: HSO3

–(aq) + OH–(aq) → SO32–(aq) + H2O( )

HSO3– ως βάση: HSO3

–(aq) + HBr(aq) → H2SO3(aq) + Br–(aq)

Άσκηση 7.2

25

Ποια είναι τα βασικά σημεία που δείχνουν ότι η θεωρία τωνΒ-L είναι περισσότερο διευρυμένη από αυτή του Arrhenius;

1. Βάση είναι το χημικό είδος που δέχεται πρωτόνια. Το ιόν ΟΗ– είναι μόνο ένα παράδειγμα βάσης.

2. Οξέα και βάσεις μπορεί να είναι ιόντα, αλλά και μοριακέςενώσεις.

3. Οι οξεοβασικές αντιδράσεις δεν περιορίζονται σε υδατικάδιαλύματα.

4. Μερικά χημικά είδη μπορούν να δρουν είτε ως οξέα είτε ωςβάσεις, ανάλογα με το τι είναι το άλλο αντιδρών.


26

Σχετική ισχύς οξέων και βάσεων

Η ισχύς ενός οξέος θα είναι ανάλογη του βαθμού ευκολίας μετον οποίον το οξύ χάνει ένα πρωτόνιο.Ομοίως, μια βάση θα είναι τόσο ισχυρότερη, όσο μεγαλύτερητάση δείχνει να προσλάβει ένα πρωτόνιο.

Η αντίδρασηΗCl(aq) + H2O( ) H3O+(aq) + Cl–(aq)

είναι μετατοπισμένη πλήρως προς τα δεξιά και δείχνει ότι τοΗCl είναι ισχυρότερο οξύ από το ιόν υδρονίου, Η3Ο+.Επίσης, είναι φανερό ότι το Η2Ο που δέχεται το πρωτόνιο τουοξέος είναι ισχυρότερη βάση από το ιόν Cl–.Παρατηρούμε ότι το ισχυρό οξύ ΗCl έχει μια ασθενή συζυγήβάση.

27


Από τα παραπάνω προκύπτουν δύο κανόνες που πρέπει ναθυμόμαστε:

1. Σε κάθε αντίδραση οξέος – βάσεως, η θέση ισορροπίας είναιμετατοπισμένη προς την πλευρά του ασθενέστερου οξέος καιτης ασθενέστερης βάσεως.

2. Όσο ισχυρότερο είναι ένα οξύ, τόσο ασθενέστερη είναι ησυζυγής του βάση και, όσο ισχυρότερη είναι μια βάση, τόσοασθενέστερο είναι το συζυγές της οξύ.

Πρακτικά, για να βρω τη συζυγή βάση ενός οξέος, αφαιρώ απότο οξύ ένα πρωτόνιο, ενώ για να βρω το συζυγές οξύ μιαςβάσεως προσθέτω στη βάση ένα πρωτόνιο.

28

Οξύ ΒάσηHClO4 ClO4

–

H2SO4 HSO4–

HI I–

HBr Br–

HCl Cl–

HNO3 NO3–

H3O+ H2OH3PO4 H2PO4

–

HNO2 NO2–

HF F–

CH3COOH CH3COO–

H2CO3 HCO3–

H2S HS–

NH3 NH2–

H2 H–

Αυξαν

όμενηισχύςοξέω

ν

Ισχυρά

οξέα

Ασθ

ενήοξέα

Αυξαν

όμενηισχύςβά

σεων


29

Καθορισμός της σχετικής ισχύος οξέων – βάσεων καιπρόβλεψη θέσεως ισορροπίαςΚαθορίστε τις συζυγίες οξέων-βάσεων κατά Brönsted-Lowry στις ακόλουθες χημικές εξισώσεις και προβλέψτε εάν η θέσηισορροπίας σε κάθε μία είναι μετατοπισμένη προς τα δεξιά ήπρος τα αριστερά. (α) H2SO4(aq) + NH3(aq) NH4

+(aq) + HSO4–(aq)

(β) H3PO4(aq) + NO3–(aq) HNO3(aq) + H2PO4

–(aq)

Άσκηση 7.3

Οξύ είναι το μόριο ή το ιόν που δίνει ένα πρωτόνιο(πρωτονιοδότης) και βάση είναι το μόριο ή το ιόν που δέχεταιένα πρωτόνιο (πρωτονιοδέκτης). Σε ένα συζυγές ζεύγος οξέος – βάσεως, έχουμε ένα οξύ και μίαβάση που διαφέρουν μόνο σε ένα πρωτόνιο (το οξύ έχει έναπρωτόνιο παραπάνω από τη συζυγή του βάση).

30

Έτσι έχουμε τις συζυγίες οξέων – βάσεων:

Oξύ1 Bάση2 Oξύ2 Bάση1

(α) H2SO4(aq) + NH3(aq) NH4+(aq) + HSO4

–(aq)

(β) H3PO4(aq) + NO3–(aq) HNO3(aq) + H2PO4

–(aq)

Επειδή η θέση ισορροπίας οξέος – βάσεως ευνοεί τοσχηματισμό του ασθενέστερου οξέος (και της ασθενέστερηςβάσεως), αναζητούμε σε κάθε ισορροπία το ασθενέστερο οξύ(Πίνακας 15.2):

(α) NH4+ < H2SO4 ⇒ ισορροπία προς τα δεξιά

(β) H3PO4 < HNO3 ⇒ ισορροπία προς τα αριστερά

Άσκηση 7.3

31

Τα οξέα HCl και ΗΙ, στο νερό φαίνονται το ίδιο ισχυρά (το νερόεπιφέρει εξίσωση διαστάσεως) ⇒για τη σύγκριση καταφεύγουμε σε άλλο διαλύτη που είναι λιγότεροβασικός από το νερό, π.χ. το καθαρό οξικό οξύ.Αυτοϊοντισμός οξικού οξέος:

CH3COOH + CH3COOH CH3COOH2+ + CH3COO–

Όταν σε διαλύτη οξικό οξύ προσθέσουμε ένα οξύ που είναιισχυρότερο από το οξικό οξύ, τότε το οξικό οξύ δρα ως βάσηδεχόμενο ένα πρωτόνιο:

Η+ + CH3COOH CH3COOH2+

Τα δύο ισχυρά οξέα ΗCl και ΗΙ σε οξικό οξύ ιοντίζονται ως εξής:HCl + CH3COOH CH3COOH2

+ + Cl–HI + CH3COOH CH3COOH2

+ + I–Το ΗΙ ιοντίζεται σε μεγαλύτερο βαθμό ⇒ ΗΙ > ΗClΓια τη σύγκριση ισχυρών βάσεων ⇒ διαλύτης υγρή αμμωνίαΑυτοϊοντισμός αμμωνίας

ΝΗ3 + ΝΗ3 ΝΗ4+ + ΝΗ2

–


32

∆ύο τύποι οξέων: ομοιοπολικά υδρίδια, ΗnΧ, (π.χ. ΗCl, HBr, Η2S)οξυγονούχα οξέα ή οξοοξέα (π.χ. ΗΝΟ3, ΗClO4)

Ομοιοπολικά υδρίδιαΠαράγοντες που επηρεάζουν την όξινη ισχύ ενός οξέος ΗnΧ:(α) η πολικότητα του δεσμού Η–Χ, η οποία συνδέεται με τηνηλεκτραρνητικότητα του ατόμου Χ(β) η ισχύς του δεσμού Η–Χ, η οποία συνδέεται με το μέγεθος τουατόμου Χ.Όσο πιο πολωμένος είναι ο δεσμός Η–Χ, δηλαδή όσο πιοηλεκτραρνητικό είναι το Χ, τόσο πιο εύκολα απομακρύνεται τοπρωτόνιο και τόσο πιο ισχυρό είναι το οξύ.Όσο μεγαλύτερο είναι το άτομο Χ, τόσο ασθενέστερος ο δεσμός Η–Χ. Ασθενής δεσμός Η–Χ σημαίνει εύκολη απόσπαση του πρωτονίου καιάρα το οξύ θα είναι ισχυρό.Ο παράγοντας αυτός είναι σημαντικότερος από τον πρώτο και είναιο καθοριστικός.

Μοριακή δομή και ισχύς οξέων

33

Μέσα σε μια ομάδα του Π.Π. η όξινη ισχύς των υδριδίωναυξάνεται από πάνω προς τα κάτω, παράλληλα με το μέγεθοςτων ατόμων.

Μέσα σε μια περίοδο του Π.Π., και από αριστερά προς τα δεξιά, η ατομική ακτίνα ελαττώνεται βραδέως, οπότε καθοριστικόςπαράγοντας αναδεικνύεται η ηλεκτραρνητικότητα του ατόμουΧ, η οποία αυξάνεται προς την ίδια κατεύθυνση και μαζί τηςαυξάνεται και η όξινη ισχύς των υδριδίων.

Σύμφωνα με αυτά, για τα υδρίδια της Ομάδας 7Α, η όξινη ισχύςακολουθεί τη σειρά HF < HCl < HBr < HI

Για τα δυαδικά υδρίδια της 3ης περιόδου, PH3, H2S και HCl, ησειρά είναι PH3 < H2S < HCl


34


Οξοοξέα: (ΗΟ)mΖOn

Το όξινο άτομο Η είναι πάντοτε συνδεδεμένο με ένα άτομο Ο, το οποίο με τη σειρά του συνδέεται με ένα άτομο Z.

Η πολικότητα των δεσμών Ο–Η φαίνεται να είναι ο κυρίαρχοςπαράγοντας που καθορίζει τη σχετική ισχύ των οξοοξέων.

Ο παράγοντας αυτός πάλι εξαρτάται από τηνηλεκτραρνητικότητα του ατόμου Z.

Αν η ηλεκτραρνητικότητα του ατόμου Z είναι υψηλή, ο δεσμόςΟ–Η είναι σχετικά πολωμένος και η όξινη ισχύς μεγάλη.

35

Μοριακή δομή και ισχύς οξέων∆ιακρίνουμε δύο περιπτώσεις:

(α) Οξοοξέα (ΗΟ)mΖOn, με ίδιο n και διαφορετικό Z. Τότε η όξινη ισχύς αυξάνεται με την ηλεκτραρνητικότητα του Z. Π.χ., HClO > HBrO > HIO

(β) Οξοοξέα (ΗΟ)mΖOn, με ίδιο Ζ και διαφορετικό n. Επειδή με κάθεπρόσθετο άτομο Ο, το άτομο Ζ γίνεται σημαντικά πιοηλεκτραρνητικό, η όξινη ισχύς αυξάνεται με τον αριθμό n.Π.χ., για τα οξοοξέα του χλωρίουHClO, HClO2, HClO3, ΗClO4 ήH–Ο–Cl, H–Ο–ClΟ, H–Ο–ClΟ2, H–Ο–ClΟ3, έχουμεH–Ο–Cl < H–Ο–ClΟ < H–Ο–ClΟ2 < H–Ο–ClΟ3

!! Σε τέτοιες περιπτώσεις πρέπει οπωσδήποτε να γνωρίζουμε τουςσυντακτικούς τύπους των οξέων, δηλαδή, ποια άτομα συνδέονται μεποια, προκειμένου να συγκρίνουμε τα οξέα σε σχέση με το γενικότύπο.

36

Καθορισμός παραγόντων που επηρεάζουν την ισχύ των οξέωνΠοιο μέλος σε καθένα από τα ακόλουθα ζεύγη είναι το ισχυρότεροοξύ; (α) ΝΗ3, ΡΗ3, (β) ΗΙ, Η2Te, (γ) ΗSΟ3

–, Η2SΟ3, (δ) Η3AsΟ4, Η3AsΟ3, (ε) ΗSΟ4

–, ΗSeΟ4–

∆ιακρίνουμε τα οξέα ωςυδρίδια οξέων και ωςοξοοξέα, επειδή οιπαράγοντες πουκαθορίζουν την οξύτηταείναι διαφορετικοί.

Το διπλανό σχήμα δείχνειπώς διαμορφώνεται ητάση ως προς την ισχύτων υδριδίων-οξέων μέσαστον Π.Π.

Άσκηση 7.4

37

Για οξοοξέα (ΗΟ)mΖOn, που έχουν το ίδιο n και διαφορετικό Z, η όξινηισχύς αυξάνεται με την ηλεκτραρνητικότητα του Z Για οξοοξέα (ΗΟ)mΖOn, που έχουν το ίδιο Ζ και διαφορετικό n, η όξινηισχύς αυξάνεται με τον αριθμό n.Σύμφωνα με τα παραπάνω, έχουμε(α) PH3 > ΝΗ3 (υδρίδια, Ρ, Ν ίδια ομάδα, Ρ > Ν)

(β) HI > Η2Te (υδρίδια, Ι, Te ίδια περίοδος, χΙ > χTe)

(γ) H2SO3 > ΗSΟ3– (ένα Η+ απομακρύνεται ευκολότερα από το

ουδέτερο μόριο H2SO3 παρά από το αρνητικά φορτισμένοΗSΟ3

–)

(δ) H3AsO4 > Η3AsΟ3 (οξοοξέα του ίδιου στοιχείου, το Η3AsΟ4 έχειπερισσότερα άτομα Ο)

(ε) HSO4– > ΗSeΟ4

– (όπως το H2SO4 > Η2SeΟ4, ομόλογα οξοοξέα, ίδιαομάδα, χS > χSe)

Άσκηση 7.4

38

Οξεοβασική συμπεριφορά των οξειδίων

Οξείδια είναι δυαδικές ενώσεις του οξυγόνου στην οξειδωτικήτου βαθμίδα –2.

Βασικό οξείδιο είναι ένα οξείδιο που αντιδρά με οξέα. Ταπερισσότερα οξείδια των μετάλλων είναι βασικά.

Όξινο οξείδιο είναι ένα οξείδιο που αντιδρά με βάσεις. Τα περισσότερα οξείδια των αμετάλλων είναι όξινα οξείδια.

Επαμφοτερίζον οξείδιο είναι ένα οξείδιο που έχει και όξινεςκαι βασικές ιδιότητες.

39


1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A

Li2O BeO B2O3 CO2 N2O5 OF2

Na2O MgO Al2O3 SiO2 P4O10 SO3 Cl2O7

K2O CaO Ga2O3 GeO2 As2O5 SeO3 Br2O7

Rb2O SrO In2O3 SnO2 Sb2O5 TeO3 I2O7

Cs2O BaO Tl2O3 PbO2 Bi2O5 PoO3 At2O7

Αυξανόμενος όξινος χαρακτήρας

Αυξαν

όμενος

βασικός

χαρα

κτήρ

ας

Τα κανονικά οξείδια των αντιπροσωπευτικών στοιχείων στις μέγιστεςοξειδωτικές τους βαθμίδες.Όξινα οξείδια (κόκκινο), βασικά οξείδια (γαλάζιο), επαμφοτερίζονταοξείδια (μοβ)

40

Οξεοβασική συμπεριφορά των οξειδίωνΒασικά οξείδια ή ανυδρίτες βάσεων(οξείδια των αντιπροσωπευτικών μετάλλων)Βασικό οξείδιο + νερό → υδροξείδιο μετάλλου (βάση)Na2O(s) + H2O( ) → 2NaOH(aq)

Όξινα οξείδια ή ανυδρίτες οξέων(οξείδια των αμετάλλων)Όξινο οξείδιο + νερό → οξυγονούχο οξύSO3( ) + H2O( ) → H2SO4(aq)

Επαμφοτερίζον οξείδιο (βασικό με οξέα και όξινο με βάσεις)Al2O3(s) + 6HCl(aq) → 2AlCl3(aq) + 3H2O( )Al2O3(s) + 2NaOH(aq) + 3H2O( ) → 2NaAl(OH)4(aq)

Οξείδια αμετάλλων σε χαμηλές οξειδωτικές βαθμίδες, όπωςπ.χ. το ΝΟ και το CΟ, δεν εμφανίζουν όξινες ιδιότητες

41


Οξείδια μεταβατικών μετάλλων

(α) Βασικά ή επαμφοτερίζοντα οξείδιαZnO(s) + 2HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2O( )ZnO(s) + 2NaOH(aq) + H2O( ) → Na2Zn(OH)4(aq)

(β) Όξινα οξείδια (υψηλές οξειδωτικές βαθμίδες μετάλλων)CrO3( ) + H2O( ) → H2CrO4(aq)Mn2O7( ) + H2O( ) → 2HMnO4(aq)

42

Αντιδράσεις οξειδίωνΣυμπληρώστε τις παρακάτω αντιδράσεις:(α) N2O5(s) + H2O( ) →(β) MgO(s) + CH3COOH(aq) →(γ) Rb2O(s) + HNO3(aq) →(δ) V2O5(s) + NaOH(aq) →

Για τις αντιδράσεις οξειδίων με νερό ή οξέα ή βάσεις ισχύει: (1) Όξινο οξείδιο (ή ανυδρίτης οξέος) + Η2Ο → οξύ(2) Όξινο οξείδιο (ή ανυδρίτης οξέος) + βάση → άλας + Η2Ο(3) Όξινο οξείδιο (ή ανυδρίτης οξέος) + βασικό οξείδιο → άλας(4) Βασικό οξείδιο (ή ανυδρίτης βάσεως) + Η2Ο → βάση

Άσκηση 7.5

(5) Βασικό οξείδιο (ή ανυδρίτης βάσεως) + οξύ → άλας + Η2Ο

43

(α) N2O5(s) + H2O( ) → 2HNO3(aq) (Περίπτωση 1)

(β) MgO(s) + 2CH3COOH(aq) → Mg(CH3COO)2(aq) + H2O( )(Περίπτωση 5)

(γ) Rb2O(s) + 2HNO3(aq) → 2RbNO3(aq) + H2O( ) (Περίπτωση 5)

(δ) V2O5(s) + 6NaOH(aq) → 2Na3VO4(aq) + 3H2O( )(Περίπτωση 2)

(Το V2O5 είναι ο ανυδρίτης του ορθοβαναδικού οξέος H3VO4)

Άσκηση 7.5

44

Μπορεί η παρακάτω αντίδραση να θεωρηθεί ως οξεοβασικήκατά Β-L;

Na2O(s) + SO3(g) → Na2SO4(s)

Ο Lewis σκέφθηκε ότι η θεωρία περί οξέων και βάσεων θαμπορούσε να γενικευθεί έτσι ώστε να συμπεριλάβει τιςαντιδράσεις όξινων και βασικών οξειδίων, καθώς και πολλέςάλλες αντιδράσεις μαζί με αυτές της μεταφοράς πρωτονίων.

Σύμφωνα με αυτή την ιδέα:

Οξύ κατά Lewis είναι κάθε ουσία που μπορεί να δεχθεί έναζεύγος ηλεκτρονίων προς σχηματισμό ομοιοπολικού δεσμού.

Βάση κατά Lewis είναι κάθε ουσία που μπορεί να προσφέρειένα ζεύγος ηλεκτρονίων προς σχηματισμό ομοιοπολικούδεσμού.

Οξέα και βάσεις κατά Lewis

45

H HH

H

H

N

+

N

H

H

H++∆έκτης ΗΖ(οξύ Lewis) ∆ότης ΗΖ

(βάση Lewis)

∆ότης ΗΖ(βάση Lewis) ∆έκτης ΗΖ

(οξύ Lewis)

S O

O

O

2

2

O

O

OS+O O

Η αντίδρασηNa2O με SO3

Το ιόν Ο2–

προέρχεται απότο Na2O

Η εξουδετέρωσητης αμμωνίας

απόυδροχλωρικό οξύ


46


Η

Η

Η

+

Η

Η

BF

F

F

FF

ΗN N

FF

F

F

F B

∆ότης ΗΖ(βάση Lewis)

∆έκτης ΗΖ(οξύ Lewis)

Al + Al H

H

O 63+O

H

H63+

∆έκτης ΗΖ(οξύ Lewis)

∆ότης ΗΖ(βάση Lewis)

Σύμπλοκο ιόν

!! Και ο σχηματισμόςενός συμπλόκουιόντος μπορεί να

θεωρηθεί ωςαντίδραση οξέος –βάσεως κατά Lewis

Ο ορισμός οξέος – βάσεως του Lewis είναι τόσο ευρύς πουχωράει και αντιδράσεις, όπως η επόμενη

47

Αναγνώριση χημικών ειδών που είναι οξέα ή βάσεις κατά LewisΠροσδιορίστε το οξύ και τη βάση κατά Lewis σε καθεμιά από τιςακόλουθες αντιδράσεις. Γράψτε τις χημικές εξισώσειςχρησιμοποιώντας δομές Lewis.(α) BF3 + CH3OH → F3B–O(H)CH3(β) O2– + CO2 → CO3

2–

(α) Το άτομο Β στο BF3 έχει sp2 υβριδισμό και έτσι διαθέτει ένα κενό, μη υβριδικό τροχιακό 2p που μπορεί να δεχθεί ένα ζεύγος e από τοΟ της CH3OH:

Άσκηση 7.6

∆έκτης ΗΖοξύ Lewis

Ένωσησυντάξεως

FF

F

F

F B + O

H

CH3 CH3

H

OBF

F

F

FF∆ότης ΗΖβάση Lewis

48

(β) Με μετακίνηση ενός π δεσμού του CΟ2 δημιουργείται όξινοκέντρο (+ φορτίο) στο άτομο C το οποίο προσβάλλεται απόένα μονήρες ηλεκτρονικό ζεύγος του Ο2– :

Άσκηση 7.6

CH

O

H O

O

O

C

O

O

∆έκτης ΗΖοξύ Lewis

∆ότης ΗΖβάση Lewis

Documents

7. Οξέακαιβάσεις ΣΚΟΠΟΣ · 2019-06-30 · ΑέριαHCl και ΝΗ 3 απότα πυκνάδιαλύματά τους, που βρίσκονταιστα γυάλιναδισκία,