Curs 3 - Reactii Chimice. Neutralizarea Si Aplicatiile Acesteia

Embed Size (px)

Text of Curs 3 - Reactii Chimice. Neutralizarea Si Aplicatiile Acesteia

  • 1Reacii chimice in soluii apoase: reacii de neutralizare (acid-baza)

    si aplicaii ale acestora.

    As.dr.ing. Anton FICAI

    Universitatea POLITEHNICA din BucurestiFacultatea de Chimie Aplicata si Stiinta MaterialelorCatedra Stiinta si Ingineria Materialelor Oxidice si Nanomateriale

    2010-2011

  • 2Tipuri de reacii chimice

    Reacii de neutralizare Reacii de oxido-reducere Reacii de precipitare Reacii de complexare

  • 3Tipuri de reacii chimice

    Reacii de neutralizare Reacii de oxido-reducere Reacii de precipitare Reacii de complexare

    Reacii de tip acid-baza

    Acid + baza => produiProdui = sare (+ H2O)

    HCl + NaOH = NaCl + H2OHCl + NH3 = NH4Cl

  • 4Tipuri de reacii chimice

    Reacii de neutralizare Reacii de oxido-reducere Reacii de precipitare Reacii de complexare

    Reacii de tip oxidant/reductor

    Oxidant + reductor => produi

    2CO + O2 = 2CO2CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

    H2 + Cl2 = 2HCl

  • 5Tipuri de reacii chimice

    Reacii de neutralizare Reacii de oxido-reducere Reacii de precipitare Reacii de complexare

    Reacii ce duc la formarea unui precipitat

    Sare + Compus => Precipitat +

    Fe2+ + 2Fe3+ + HO- => Fe3O43Ca2+ + 2PO43- =>Ca3(PO4)2Ca2+ + HPO42- =>CaHPO45Ca2++ 3PO43- + HO-=>Ca5(PO4)3OH

  • 6Tipuri de reacii chimice

    Reacii de neutralizare Reacii de oxido-reducere Reacii de precipitare Reacii de complexare

    Reacii de tip metal-ligand

    Implica legturi coordinative, covalente si/sau ionice

    Mm+ + xLn- =>MLx(m-nx)

    Ag+ + 2NH3 => Ag(NH3)2+Al3+ + 3HO- => Al(OH)3

    Al(OH)3 + HO-exces=>[Al(OH)4]-

  • 7Definiii

    Acioneaz att ca acizi cat si ca baze, funcie de partenerul de reacieNaHCO3; NaH2PO4, Na2HPO4, NaHC2O4,

    Amfoteri acido-bazici

    In soluie pune in libertate HO-NaOH, KOH, Ca(OH)2

    Pereche de electroniNH3; RNH2

    Baze

    In soluie pune in libertate H3O+HCl, H2SO4, HNO3

    Orbital vacantAlCl3; BF3

    AciziAcid/baza BronstedAcid/baza Lewis

    pH = co-logaritmul concentraiei ionilor de hidroniu; pH=-lg[H3O+]pOH = co-logaritmul concentraiei ionilor de hidroxil; pH=-lg[HO-]

  • 8Definiii

    Caracter tare

    Caracter slab

    In soluie reacia de disociere este totala

    In soluie, reacia de disociere este pariala, taria(gradul de disociere) fiind cuantificata de constanta de disociere

    +2 3

    2 aq

    +

    HCl + H O H O + ClNaOH H O HO + Na

    NaOH Na + HO

    + + + +

    + + + +

    - +3 2 3 3

    3 2 4 aq

    CH COOH + H O CH COO + H ONH H O NH + HO+ + + + ++++

  • 9Exemple

    NH3, RNH2, R2NH, R3N, F-, CN-, S2-, RCOO-, C2O42-,

    KOH, NaOH, LiOH, Mg(OH)2, Ca(OH)2

    HF, H3PO4, H3PO3, H2CO3, HCN, H2C2O4, H2S, HOCl, HNO2, NH4+, fenoli, RCOOH

    HI, HCl, HNO3, HClO4, H2SO4, HSbF6

    Slabe TariSlabi Tari Baze Acizi

    H2PO4-, HPO42-, HS-, HCO3-, HC2O4-, Amfolitiacido-bazic

  • 10

    Constanta de disociere

    +

    +d

    A BAB A + B K = [AB]

  • 11

    Autoprotoliza apei; constanta de disociere a apei; scala de pH

    2

    +3+

    2 2 3 w(H O)2

    H O HOH O + H O H O + HO K =

    H O

    2

    2

    +3+ 16

    2 2 3 w(H O)2

    0

    +3 16 + 14

    w(H O) 3 w 22

    +3

    H O HOH O + H O H O + HO K = =2 10

    H OIn condiii standard : 25 C 298K

    H O HO K = =2 10 H O HO K H O 10

    H O

    lg H O lg HO

    ====

    = = = = = = = =

    ++++

    +3H O HO 2 2+ 14

    3

    14

    H O HO 10

    pH pOH 14

    pH pOH 7 ====

    = = = =

    = == == == =

    + =+ =+ =+ =

    = == == == =

  • 12

    Constanta de aciditate

    [[[[ ]]]]

    [[[[ ]]]]

    +3+

    2 3 a

    -

    -

    2 b

    + -a b 3 w a b

    H O AHA + H O H O + A K =

    HA

    HO HAA + H O HO + HA K =

    A

    K K H O HO K pK pK pH pOH 14

    = = = = = = = = + = + =+ = + =+ = + =+ = + =

  • 13

    pH

  • 14

    Formule de calcul a pH-ului

  • 15

    Determinarea experimentala a pH-ului

    Determinarea aproximativa a pH-uluiSe utilizeaz indicatori de pHPrecizia msurtorii este moderataPuternic influenata de individ

    Determinarea precisa a pH-uluiSe utilizeaz echipamente specifice;

    cel mai utilizat fiind electrodul cu membrana de sticla

    Precizia de msurare este de 0,01

  • 16

    Indicatori de pH

    4,2 6,2rou galbenRou de metil4,80 5,40purpuriu-verdeMetil purpur

    3,1 4,4rou galbenMetiloranj3,0 4,6galben albastruAlbastru de bromfenol2,9 4,0rou galbenGalben de metil2,0 4,0incolor galben2,6 dinitrofenol1,2 2,8rou galbenAlbastru de timol0,1 0,8incolor galbenAcid picric

    Interval deViraj pH

    Virajul de culoareDe la la

    Indicator

  • 17

    Indicatori de pH

    12, 0-13,5Incolor portocaliuAcid trinitro-benzoic9,4 10,6incolor albastruTimolftalein8,2 10,0incolor roz violaceuFenolftalein5,0 8,0rou albastruTurnesol6,8 8,4galben rouRou fenol6,8 8,0rou galbenRou neutral6,2 7,6galben albastruAlbastru de brom-timol3,0 5,0albastru rouRou Congo

    Interval deViraj pH

    Virajul de culoareDe la la

    Indicator

  • 18

    Determinarea exacta a pH-uluiElectrodul de pH

    Electrod de sticla cu o jonciune Electrod de sticla cu jonciune dubla

  • 19

    Celula electrochimica

    ref,1 j m ref,2

    El.Ref.Ext2 (aH=constant)membranaproba(aH=?)El.Ref.Ext1Reprezentarea schematica a celulei electrochimice

    (((( ))))cel H as j ref ,1 ref ,2 HRTk 2.303 lg a unde k=f , ,a (1)F = + + + = + + + = + + + = + + + Deoarece potentialul de jonctiune nu variaza pe parcursul determinarilor iarpotentialul de asimetrie este corectat in etapa de etalonare, ecuatia (1) devine:

    cel H

    cel

    RTk` 2.303 lg a adica F

    RTk` 2.303 pH, functia de etalonare a electrodului de sticlaF

    = + = + = + = +

    = = = =

  • 20

    Etalonarea/Calibrarea electrodului de sticla

    cel cel

    cel

    RT F Fk` 2.303 pH pH = k`F 2.303RT 2.303RT

    pH =a b

    = = = =

    + + + +

    Etalonarea necesita minim 2 msurtori la pH cunoscut (standard de pH):

    1. Reglaj de panta si

    2. Reglaj de asimetrie

  • 21

    Standarde de pH

    9.9710.0110.0610.122.092.64

    Bicarbonat de sodiu+carbonat de sodiu

    9.149.189.239.283.80Tetraborat de sodiu, decahidrat (Borax)

    6.856.876.886.903.393.53

    Fosfat diacid de potasiu +Fosfat acid de sodiu

    4.024.014.004.0010.13 Ftalat acid de potasiu3.56Sol. sat.Tartrat acid de potasiu

    1.681.681.681.6712.61 Tetraoxolat de potasiu30C 25C 20C 15C

    pH Conc.g/L

    Standard de pH

  • 22

    Etaloane uzuale de pH

    BORAX

    Tetraoxolat de potasiu

    CHOHCHOHCO OH

    CO O K- +

    Tartrat acid de potasiu

  • 23

    Aplicaii Determinarea pH-ului:

    Probelor biologice: snge, urina, piele, saliva, Alimentelor (controlul calitii): apa potabila, buturi, alimente, Probelor de mediu (controlul calitii): ape, soluri Produselor farmaceutice si cosmetice: pH-ul cremelor, pastei de dini,

    Volumetria de neutralizare: Determinarea coninutului de acizi sau baze din diverse produse:

    Determinarea coninutului de NH3, HCl, CH3COOH, acidul acetilsalicilic, ac citric din limonada, ac tartric din vin, etc

    Determinri indirecte: azotat (prin reducere la NH3), proteine din brnza (prin metoda Kjedhal).

    Reglarea pH-ului: (soluii tampon) Aplicaii de mediu Industria chimica

  • 24

    Aplicaii medicaleVariaia pH-ului de-a lungul

    tractului digestiv

    Domeniul normal al pH-ului sngelui

    In cazul pacienilor care sufer de cancer, pH-ul sngelui poate

    atinge pana la 5.7

    Urina are pH-ul normal in domeniul 6.5-7.5

  • 25

    Aplicaii in medicina, industria farmaceutica, cosmetica, sntate

    5,56,36,36,46,57,48,1

    porcul de Guineeaporccalpisicaobolancinecapra

    pH mediuSpecie

  • 26

    Aplicaii in industria alimentara/alimentaie

    sntoasa

  • 27

    pH

  • 28

    Volumetria

    Volumetria este o metod analitic de determinare CANTITATIV a unui analit (A) pe baza reaciei chimice dintre analit (A) i reactiv de titrare. n analiza volumetric, determinarea speciei de interes (A) se face pe baza legii echivalenei conform reaciei chimice:

    aA + rR = Produi de reacie

    Pentru a se putea aplica legea echivalenei trebuie acordat o deosebit atenie determinrii precise a volumului de echivalen. Cu alte cuvinte, sfritul titrrii trebuie s coincid cu punctul de echivalen. Pentru a putea determina cu precizie punctul de echivalen este recomandat ca titrarea s se efectueze n pictur, paharul Erlenmayer n care se efectueaz titrarea fiind agitat uor, prin micri circulare.

  • 29

    Determinarea punctului de echivalenDeterminarea punctului de echivalen se realizeaz prin dou metode: Chimic/vizual (presupune utilizarea indicatorilor = sunt substane care

    i schimb o anumit proprietate (culoare, turbiditate, fluorescen, etc.), n funcie de valoarea unei anumite mrimi variabile (pH, e, etc.) a sistemului de analizat. Aceast schimbare are loc n apropierea punctului de echivalen)

    Indicatorii chimici, pentru a putea fi utilizai la determinarea punctului de echivalen, trebuie s ndeplineasc o serie de co