Sprzężone kwasy i zasady

Wstęp do sprzężonych kwasów i zasad

Widzieliśmy już sporą liczbę

reakcji kwasów i zasad.

Dla przypomnienia napiszę teraz kilka z nich.

Przyjrzymy im się teraz bardziej ogólnie.

Część z tych reakcji nie będzie dla ciebie nowością.

Weźmy fluorowodór [przyp.tłum.: symbol fluoru to F]

w środowisku wodnym - jest to kwas fluorowodorowy.

Wiemy, że to jest słaby kwas, czyli

nie dysocjuje całkowicie.

Czyli jest to równowaga.

Jeden z rodzajów równowag.

Równowaga nie oznacza, że stężenia są takie same.

Kwas HF dysocjuje.

W rzeczywistości ten kation wodoru nie jest samodzielny,

ale łączy się z cząsteczką wody i występuje jako kation hydroniowy.

Wszystko dzieje się w środowisku wodnym,

wszystko jest tutaj w wodzie.

Obok kationu wodoru powstaje anion fluorkowy,

czyli jon ujemny.

On też jest w środowisku wodnym.

Zapiszę jeszcze inną reakcję,

żebyś zauważył ogólną zasadę.

Napiszę inną reakcję kwasową.

Jon amoniowy.

NH4+ to cząsteczka amoniaku z dodatkowym kationem wodoru.

Ten jon jest w środowisku wodnym.

W wodzie może zdysocjować - jeden z wodorów

odłączy się

i powstanie amoniak i kation wodorowy.

Wszystko w środowisku wodnym.

Obie te reakcje są reakcjami równowagowymi,

co sugeruje, że mamy do czynienia ze słabymi kwasami.

Bierzesz kwas, który powoduje wzrost stężenia

kationów wodoru w roztworze (przynajmniej w definicji Arrheniusa).

Jeśli spojrzysz na teorię Bronsteda-Lowryego -

kwasy są donorami protonów.

Kwasy produkują protony,

dodają je do wody.

W każdym razie - mamy tu do czynienia z kwasami.

Ponieważ są to słabe kwasy,

reakcje biegną w dwie strony.

Czyli możemy te reakcje zapisać odwrotnie -

jako reakcje zasad.

Czyli zamiast mówić, że mamy kwas HF,

możemy powiedzieć, że mamy jon fluorkowy,

anion fluorkowy,

który wkładam... Ups!

Popełniłem błąd! Symbol fluoru to F.

W symbolu fluoru nie ma litery L.

Myli mi się to z chlorem, który ma symbol Cl.

Poprawię to.

Fluorowodór to HF.

Samo F.

Sprawdzę to jeszcze w układzie okresowym.

Zawsze mam kłopot z fluorem i chlorem.

F to fluor.

Mam nadzieję, że ty to zapamiętasz...

OK.

Czyli mógłbym przepisać tę reakcję

jako reakcję równowagi dla zasady.

Albo mógłbym powiedzieć, że anion fluorkowy w środowisku wodnym

jest w równowadze z... W tym momencie

rozpatrujemy go jako zasadę, co oznacza, że powoduje

wzrost stężenia jonów OH-.

To, co może chcieć zrobić jon fluorkowy,

to zabrać od wody nieco protonów.

Wszystko dzieje się w środowisku wodnym.

Zabiera więc nieco kationów wodoru i tworzy cząsteczki HF,

czyli fluorowodór.

Zaznaczę to kolorem magenta.

Środowisko wodne.

Skąd wziął się ten wodór?

Pochodzi od jednej z wielu cząsteczek wody,

które otaczają jony fluorkowe w tym roztworze.

Ponieważ cząsteczka wody oddała kation wodoru,

został z niej jon OH-.

Teraz w otoczeniu HF przebywa jon OH-.

To wygląda nieco inaczej.

Ta cząsteczka daje kation wodorowy do otoczenia,

a sama staje się anionem fluorkowym.

Zasadniczo tutaj produkowane są jony OH-

i oddawane do otoczenia, więc to wygląda na zasadę.

Ale jeśli się zastanowisz, zauważysz, że te reakcje są takie same.

Chodzi mi o to, że ta reakcja mogłaby po prostu zachodzić w przeciwnym kierunku.

Mógłbyś powiedzieć, że jon fluorkowy

reaguje z jonem hydroniowym (lub wodorowym)

z otoczenia.

I wtedy powstaje fluorowodór.

Ale my wiemy, że jon hydroniowy nie siedzi i nie czeka,

aż go ktoś zaprosi do reakcji.

Ale jeśli ma zajść reakcja w przeciwną stronę, jon fluorkowy

nie musi szukać jonu H3O+.

Może sobie wziąć kation wodoru z cząsteczki wody.

I wtedy widać tę reakcję.

To są reakcje równoważne.

To samo w przypadku jonu amonowego i amoniaku.

Możemy zapisać amoniak jako zasadę.

NH3 jest słabą zasadą.

Może zabrać kation wodoru od otoczenia

i stać się jonem NH4+.

Prawdopodobnie zabrałby ten kation od cząsteczki wody,

ponieważ najbardziej prawdopodobne jest, że w jego otoczeniu znajduje się woda.

Z tej ograbionej cząsteczki wody pozostanie jon OH-.

Teraz już widać, że amoniak to słaba zasada.

Jon amonowy to słaby kwas.

Ale to są reakcje równoważne, znaczą to samo.

Teraz prawdopodobnie widzisz już tę zależność.

KAtion amonowy to słaby kwas.

Amoniak to słaba zasada.

Jaka jest między nimi różnica?

Tylko jeden kation wodoru.

Fluorowodór to słaby kwas, natomiast

anion fluorkowy to słaba zasada.

Jaka jest między nimi różnica?

Znowu kation wodoru!

Zapiszę to.

Słaby kwas.

I słaba zasada.

Słaba zasada... Zapiszę słaby kwas jako pierwszy.

Mamy kwas HF. A słaba sada jest wtedy,

kiedy po prostu opuścisz jeden wodór,

pominiesz jeden kation wodoru.

Odłączył się sam proton, dlatego mamy tu ładunek ujemny.

Odłączył się sam proton, dlatego mamy tu ładunek ujemny.

Wodór bez elektronu jest po prostu protonem,

ponieważ atom wodoru nie ma neutronów.

Kolejny przykład to był jon NH4+.

Wyrzucasz jeden kation wodoru i zostaje ci NH3.

Jaka jest różnica?

Wszystkie zasady to kwasy pomniejszone o proton.

A jeśli patrzysz w tę stronę, to kwasy są zasadami z dodatkowym protonem.

Mamy tutaj pewną zależność, sprzężenie.

Ten kawałek filmu to było takie rozwlekłe wprowadzenie

do teorii sprzężonych kwasów i zasad.

Takich jak cząsteczka HF

i anion F-.

To są pary sprzężone.

W takiej sprzężonej parze są dwie cząstki,

które różnią się między sobą tylko jednym kationem wodoru.

Niczym więcej.

Może się kiedyś zdarzyć, że ktoś ci pokaże

dwie cząstki różniące się dwoma wodorami -

takie cząstki to nie będzie para sprzężona.

Np. jeśli pokażę ci H2O i OH-,

to jest para sprzężona.

Ponieważ OH- to jest H2O pomniejszone o kation wodoru.

Ważne, żebyś pamiętał, że te cząstki różnią się KATIONEM WODORU,

a nie atomem wodoru.

Jedna z cząstek zatrzymuje elektron.

To jest po odjęciu protonu,

a to - po dodaniu protonu.

Czyli różnica między tymi dwoma

to tylko kation wodoru (czyli proton).

To sa pary sprzężonych kwasów i zasad.

Weźmy np. H3O+ i OH-.

Może cię kusić, żeby powiedzieć, że przecież to jest kwaowe, z to - zasadowe,

więc mogłaby to być para sprzężona.

Ale NIE jest! Są dwa kationy wodoru różnicy.

To jest H3O+.

Jeśli odejmiemy od niego dwa protony,

zostanie OH-. Czyli to nie jest para sprzężona.

Przekreślę to.

To są pary sprzężone.

Ale skoro jesteśmy już przy H3O+...

Jaka jest sprzężona z nim zasada? To nowy zwrot:

jaka jest zasada sprzężona z H3O+.

H3O+ jest kwasem.

Zabierasz jeden proton od kwasu i dostajesz H2O.

I to jest para sprzężona.

Używam teraz zwrotów, których nie wytłumaczyłem.

Wyjaśnię je teraz.

W każdej parze sprzężonej jest kwas i zasada.

Jeśli szukasz zasady sprzężonej z HF,

to po prostu usuwasz jeden proton

i już wiesz, że tą zasadą jest F-.

Jeśli masz zasadę: NH3,

to co będzie sprzężonym z nią kwasem?

Jeśli szukasz sprzężonego kwasu,

dodajesz proton do zasady - i wychodzi w tym przypadku jon NH4+.

Czyli to jest sprzężony kwas.

Zmienię tutaj nazewnictwo - sprzężony.

I teraz już widać, że nie musisz dodawać

w tym przypadku przymiotnika "słaby".

Sprzężony kwas i sprzężona zasada.

Jeśli coś jest sprzężonym kwasem lub sprzężoną zasadą,

to wcale niekoniecznie oznacza,

że musi być bardzo zasadowy czy bardzo kwasowy.

Przyjrzyjmy się chlorowodorowi, który w wodzie jest mocnym kwasem.

Chlorowodór.

Poszukajmy sprzężonej z nim zasady -

usuwamy kation wodoru,

czyli atom wodoru bez elektronu.

Wychodzi z tego jon chlorkowy.

Czyli to jest sprzężona zasada.

A gdybym dał ci anion chlorkowy i zapytał,

jaki jest sprzężony z nim kwas?

Powiedziałbyś, że to chlorowodór.

A jeśli dam ci chlorowodór

i zapytam o sprzężoną z nim zasadę,

to wystarczy, że odejmiesz od niego proton i zostaniesz z anionem chlorkowym.

I to będzie sprzężona zasada.

Skoro to już wiemy, przyjrzymy się tej reakcji.

Kiedy masz chlorowodór w wodzie... Znasz już tę reakcję.

To była chyba peirwsza reakcja,

którą analizowaliśmy.

HCl całkowicie dysocjuje w wodzie na kation wodoru

i anion chlorkowy.

Wszystko oczywiście w środowisku wodnym.

To, że zachodzi tu całkowita dysocjacja,

oznacza, że nie ma stanu równowagi.

To sugeruje, że Cl-

będzie mniej zasadowy niż woda.

będzie mniej zasadowy niż woda.

Nie ma w ogóle chęci, żeby brać protony

od otaczających go cząstek i tworzyć kwas HCl.

Ta reakcja nie biegnie w lewo.

Dlatego pomimo że anion chlorkowy

jest zasadą sprzężoną z HCl,

to nie oznacza, że jest taką mocną zasadą.

Wręcz przeciwnie - jest mniej zasadowy niż woda.

Mniej poszukuje protonu

niż woda.

Jeśli umieścisz obok siebie jony chlorkowe i hydroniowe

(w uproszczeniu kationy wodoru) ,

to nie otrzymasz kwasu chlorowodorowego.

Czyli to nie jest zasadowe,

mimo że rozpatrujemy to jako sprzężoną zasadę.

I to jest taka ogólna zasada - za każdym razem,

gdy masz do czynienia z mocnym kwasem, takim jak HCl.

Gdybym miał roztwór dużej liczby jonów chlorkowych w wodzie,

byłyby ich miliony albo jeszcze więcej, czyli ogromne stężenie Cl-

w wodzie, i tak nic się w tym roztworze nie wydarzy.

Nic się nie zmieni - ani stężenie H+, ani OH-.

A to dlatego, że aniony chlorkowe są mniej zasadowe od wody.

Nic nie dadzą i nic nie zabiorą cząsteczkom wody.

Dlatego pH tej "zupy" będzie równe 7.

Czyli jeśli masz jony chlorkowe w wodzie,

nieważne jak dużo ich tam jest,

może być stężeniem 10 mol/dm3, pH i tak wynosi 7.

może być stężeniem 10 mol/dm3, pH i tak wynosi 7.

Jony chlorkowe nie zmienią pH wody same z siebie.

Oczywiście jeśli włożysz chlorowodór

do roztworu wodnego, wtedy pH się zmieni,

ponieważ zwiększy się

liczba protonów w roztworze.

Czyli tak ogólnie - możesz to zapamiętać,

ale to raczej taki wniosek na wyczucie -

zasady sprzężone z mocnymi kwasami są w wodzie obojętne.

Obojętne.

Czyli nie mają wpływu na pH.

Jeśli mieszasz jony chlorkowe z wodą,

będziesz miał mieszankę jonów chlorkowych z wodą.

Nic się więcej nie wydarzy.

Z drugiej strony jeśli masz do czynienia ze słabymi kwasami,

reakcja dysocjacji jest równowagowa.

Jeśli wprowadzisz jony fluorkowe do wody,

zabiorą one wodzie nieco protonów.

Nie zabiorą dużo, ale coś zabiorą.

Wtedy wzrośnie stężenie jonów OH-.

Czyli wzrośnie stężenie

tych jonów.

Czyli w tym przypadku

roztwór robi się bardziej zasadowy.

Wzrasta pH tego roztworu.

Czyli jeśli masz zasadę sprzężoną ze słabym kwasem,

to ta zasada będzie słabą zasadą.

Możesz to stwierdzenie

powiedzieć inaczej.

Zmienię tylko kolor, ten już mnie drażni.

Jeśli masz słabą zasadę,

to kwas z nią sprzężony jest słabym kwasem.

Mam nadzieję, że zrozumiałeś tę ideę.

Właściwie to nie jest taka zmyślona idea.

To jest po prostu tak, że jeśli masz kwas,

to zasada z nim sprzężona to jest ten kwas pomniejszony o jeden proton.

A jeśli masz zasadę, to sprzężony kwas

to jest ta zasada powiększona o jeden proton.

Właściwie może zrobię kilka przykładów,

żeby ta sprawa stała się dla ciebie jasna.

Kilka przykładów...

To jest kwas, a to jest sprzężona z nim zasada.

Nie musisz tak naprawdę nawet znać nazw.

Jeśli mam kwas, to sprzężoną zasadę otrzymam

kiedy odejmę od niego kation wodoru.

Czyli powstaje NO3-.

Nie usuwamy całego atomu wodoru, tylko kation wodoru.

Pamiętaj, ponieważ zabrałem stąd proton,

a elektrony zostały te same, to mam ładunek ujemny.

Powiedzmy, że mamy H2SO4.

Jaka jest sprzężona zasada?

Usuwam proton i jest HSO4-.

Jesli mamy HBr...

Sprzężona zasada to Br-.

A to jest mocny kwas.

Dlatego jeśli włożysz tę sprzężoną zasadę do wody,

nic się nie wydarzy.

Mimo że nazywasz tę cząstkę zasadą sprzężoną.

Teraz co innego.

Bierzemy zasady. Jeśli dam ci OH-, jaki będzie

sprzężony kwas?

Dodajesz proton i wychodzi ci H2O.

Jeśli masz H2O i dodasz proton,

to dostajesz H3O+.

Moglibyśmy tak mnożyć przykłady...

A jeśli mamy to.

Kiedy dodamy jeden kation wodoru, dostaniemy H2.

Proszę bardzo!

Teraz jest to cząstka obojętna, bo do ujemnej dodałem proton.

Mam nadzieję, że cię tym nie zamęczyłem,

i że już rozumiesz, czym są sprzężone kwasy i zasady.