Лекција 4.1 садржи следеће групе задатака:

Изабери решење задатка:

Задатак 1 (бесплатан)

Кратко решење

Si, P, S, Cl су у 3. периоди; електронегативност расте слева надесно:\[ \text{Si} < \text{P} < \text{S} < \text{Cl} \]\[ \text{H}_4\text{SiO}_4 < \text{H}_3\text{PO}_4 < \text{H}_2\text{SO}_4 < \text{HClO}_4 \]

Детаљно решење

Корак 1: Одређивање положаја централних атома у ПСЕ

Све дате киселине су кисеоничне и имају исти број атома кисеоника (четири). Зато њихову јачину поредимо према електронегативности централног атома. Централни атоми налазе се у трећој периоди: \[ \text{Si (14. група)},\ \text{P (15. група)},\ \text{S (16. група)},\ \text{Cl (17. група)} \]

Корак 2: Поређење електронегативности

У периоди електронегативност расте слева надесно, па важи: \[ \text{Si} < \text{P} < \text{S} < \text{Cl} \]

Корак 3: Јачина киселина

Киселост кисеоничних киселина различитих елемената са истим бројем атома кисеоника расте са порастом електронегативности централног атома. Што је централни атом електронегативнији, то се јон водоника лакше одваја, па је киселина јача. Редослед по порасту јачине: \[ \text{H}_4\text{SiO}_4 < \text{H}_3\text{PO}_4 < \text{H}_2\text{SO}_4 < \text{HClO}_4 \]

Кратак запис решења:

\[ \text{Si} < \text{P} < \text{S} < \text{Cl} \Rightarrow \text{H}_4\text{SiO}_4 < \text{H}_3\text{PO}_4 < \text{H}_2\text{SO}_4 < \text{HClO}_4 \]

Најважније из лекције

Класификација: Киселине се деле на бескисеоничне (\(\text{HCl}\)) и кисеоничне (\(\text{HNO}_3\)), као и на монопротичне (\(\text{HCl}\)) и полипротичне (\(\text{H}_2\text{SO}_4\)). Базе се деле на монокиселе (\(\text{NaOH}\)) и поликиселе (\(\text{Ca(OH)}_2\)).
Мерило јачине: Веће \( K_a \) означава јачу киселину. За конјуговани пар важи: \( K_a \cdot K_b = 10^{-14} \) и \( pK_a + pK_b = 14 \) (на 25 °C). Што је киселина јача, њена конјугована база је слабија.
Правила за јачину киселина:
  • Бинарне киселине исте групе: киселост расте са порастом атомског полупречника (\(\text{HF} < \text{HCl} < \text{HBr} < \text{HI}\)).
  • Оксо-киселине истог елемента: киселост расте са бројем О атома (\(\text{HClO} < \text{HClO}_2 < \text{HClO}_3 < \text{HClO}_4\)).
  • Оксо-киселине различитих елемената: киселост расте са већом електронегативношћу централног атома (\(\text{HIO} < \text{HBrO} < \text{HClO}\)).
  • Полипротичне киселине: јачина опада са сваким ступњем дисоцијације (\(K_{a1} > K_{a2} > K_{a3}\)).
Критеријуми за класификацију: Киселине и базе се могу разврставати према присуству кисеоника, броју јона водоника које могу да предају (базност киселине), броју \( \text{OH}^- \) група (киселост базе), као и према агрегатном стању, јачини, стабилности или токсичности.
Критеријум класификације Тип Дефиниција / Опис Примери
Према садржају кисеоника Бескисеоничне киселине Не садрже кисеоник у молекулу. \( \text{HCl}, \text{HCN}, \text{H}_2\text{S}, \text{HF}, \text{HI} \)
Кисеоничне (оксо) киселине Садрже кисеоник везан за централни атом. \( \text{HNO}_3, \text{H}_2\text{SO}_4, \text{H}_3\text{PO}_4, \text{HClO}_4 \)
Према броју протона (базност киселине) Монопротичне (монобазне) Молекул садржи један јон водоника који може дисосовати (реагује са 1 mol \( \text{NaOH} \)). \( \text{HCl}, \text{HNO}_3, \text{HCN}, \text{HF} \)
Полипротичне (полибазне) Молекул садржи два или више јона водоника који могу дисосовати. \( \text{H}_2\text{S}, \text{H}_2\text{SO}_4, \text{H}_2\text{CO}_3, \text{H}_3\text{PO}_4 \)
Према броју \( \text{OH}^- \) јона (киселост базе) Монокиселе базе Дисоцијацијом дају један \( \text{OH}^- \) јон (реагују са 1 mol \( \text{HCl} \)). \( \text{NaOH}, \text{KOH}, \text{NH}_4\text{OH} \)
Поликиселе базе Дисоцијацијом дају два или више \( \text{OH}^- \) јона. \( \text{Mg(OH)}_2, \text{Ca(OH)}_2, \text{Fe(OH)}_3, \text{Al(OH)}_3 \)
Класификуј следећа једињења према свим наведеним критеријумима: \( \text{H}_2\text{SO}_4 \), \( \text{HBr} \), \( \text{Ba(OH)}_2 \).
  • \( \text{H}_2\text{SO}_4 \) – кисеонична (оксо), дипротична (двобазна) киселина;
  • \( \text{HBr} \) – бескисеонична, монопротична (монобазна) киселина;
  • \( \text{Ba(OH)}_2 \) – двокисела (поликисела) база.
Квантитативно мерило јачине киселина и база представљају њихове константе киселости (\(K_a\)) и константе базности (\(K_b\)), које описују положај протолитичке равнотеже у воденом раствору.
Протолитичка равнотежа киселине у води: \[ \text{HA} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_3\text{O}^+ + \text{A}^- \implies K_a = \frac{[\text{H}_3\text{O}^+][\text{A}^-]}{[\text{HA}]} \] \( pK_a = -\log K_a \)
Протолитичка равнотежа конјуговане базе у води: \[ \text{A}^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{HA} + \text{OH}^- \implies K_b = \frac{[\text{HA}][\text{OH}^-]}{[\text{A}^-]} \] \( pK_b = -\log K_b \)
Веза константи конјугованог киселинско-базног пара (на 25 °C): \[ K_a \cdot K_b = K_w = 10^{-14} \text{ mol}^2\text{dm}^{-6} \] \[ pK_a + pK_b = 14 \]
  • Што је вредност \( K_a \) већа (односно \( pK_a \) мања), киселина је јача.
  • Што је вредност \( K_b \) већа (односно \( pK_b \) мања), база је јача.
  • Што је киселина јача, то је њена конјугована база слабија (и обрнуто).
Хлороводонична киселина (\( \text{HCl} \)) је изузетно јака киселина, што значи да је њен конјуговани хлоридни анјон (\( \text{Cl}^- \)) изузетно слаба база (практично занемарљиве базности). Са друге стране, \( \text{HCN} \) је слаба киселина (\( K_a = 4{,}9 \cdot 10^{-10} \)), па је цијанидни јон (\( \text{CN}^- \)) релативно јака конјугована база (\( K_b = 2{,}0 \cdot 10^{-5} \)).
Јачина киселина зависи од њихове молекулске структуре, поларности и јачине везе између водоника и остатка молекула, као и од стабилности насталог анјона након дисоцијације.
Киселост бинарних (бескисеоничних) киселина елемената исте групе расте с повећањем атомског полупречника неметала (јер веза са водоником постаје дужа и слабија, па се \( \text{H}^+ \) лакше отпушта): \[ \text{HF} < \text{HCl} < \text{HBr} < \text{HI} \]
\( \text{HF} \) је слаба киселина, док су \( \text{HCl} \), \( \text{HBr} \) и \( \text{HI} \) јаке киселине.
Киселост оксо-киселина истог елемента расте са порастом броја атома кисеоника (односно са порастом оксидационог броја централног атома): \[ \text{HClO} < \text{HClO}_2 < \text{HClO}_3 < \text{HClO}_4 \] (Хипохлораста и хлораста су слабе киселине, док су хлорна и перхлорна јаке киселине).
Киселост оксо-киселина различитих елемената са истим бројем атома кисеоника расте са порастом електронегативности централног атома неметала (већа електронегативност јаче привлачи електронски пар и олакшава отпуштање \( \text{H}^+ \)): \[ \text{HIO} < \text{HBrO} < \text{HClO} \] У оквиру исте периоде (нпр. 3. периода): \[ \text{H}_4\text{SiO}_4 < \text{H}_3\text{PO}_4 < \text{H}_2\text{SO}_4 < \text{HClO}_4 \]
Сваким наредним кораком дисоцијације молекула полипротичне киселине, киселински остатак постаје све негативније наелектрисан. То знатно отежава одвајање позитивно наелектрисаног јона водоника (\( \text{H}^+ \)), па јачина киселине опада са сваким ступњем: \[ K_{a1} \gg K_{a2} \gg K_{a3} \] \[ \text{HPO}_4^{2-} < \text{H}_2\text{PO}_4^- < \text{H}_3\text{PO}_4 \]

Задаци за вежбање

Задатак 1 (Лак): На основу вредности константи киселости:
\( K_a(\text{HNO}_2) = 4{,}6 \cdot 10^{-4} \text{ mol/dm}^3 \)
\( K_a(\text{HCN}) = 4{,}9 \cdot 10^{-10} \text{ mol/dm}^3 \)
Одреди која је киселина јача и упореди јачину њихових конјугованих база (\( \text{NO}_2^- \) и \( \text{CN}^- \)).
1. Поређење киселина: Што је већа вредност \( K_a \), киселина је јача. Пошто је \( 4{,}6 \cdot 10^{-4} > 4{,}9 \cdot 10^{-10} \), азотаста киселина (\( \text{HNO}_2 \)) је знатно јача од цијановодоничне (\( \text{HCN} \)).
2. Поређење конјугованих база: Што је киселина јача, њена конјугована база је слабија. Према томе, нитритни јон (\( \text{NO}_2^- \)) је слабија база од цијанидног јона (\( \text{CN}^- \)), односно базност расте: \( \text{NO}_2^- < \text{CN}^- \).
Задатак 2 (Средњи): Поређај следеће киселине по растућој јачини и образложи редослед:
а) \( \text{HClO}_2 \), \( \text{HClO}_4 \), \( \text{HClO} \), \( \text{HClO}_3 \)
б) \( \text{H}_3\text{PO}_4 \), \( \text{H}_4\text{SiO}_4 \), \( \text{HClO}_4 \), \( \text{H}_2\text{SO}_4 \)
а) Кисеоничне киселине истог елемента: Јачина расте са порастом броја атома кисеоника (оксидационог броја хлора): \[ \text{HClO} < \text{HClO}_2 < \text{HClO}_3 < \text{HClO}_4 \] б) Кисеоничне киселине елемената исте периоде (3. периода): Јачина расте са порастом електронегативности централног неметала (\(\text{Si} < \text{P} < \text{S} < \text{Cl}\)): \[ \text{H}_4\text{SiO}_4 < \text{H}_3\text{PO}_4 < \text{H}_2\text{SO}_4 < \text{HClO}_4 \]
Задатак 3 (Тежак): Напиши једначине сва три ступња протолитичке равнотеже фосфорне киселине (\( \text{H}_3\text{PO}_4 \)) у води и изразе за одговарајуће константе киселости (\( K_{a1} \), \( K_{a2} \), \( K_{a3} \)). Објасни зашто важи однос \( K_{a1} > K_{a2} > K_{a3} \).
I ступањ: \[ \text{H}_3\text{PO}_4 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_3\text{O}^+ + \text{H}_2\text{PO}_4^- \quad \implies \quad K_{a1} = \frac{[\text{H}_3\text{O}^+][\text{H}_2\text{PO}_4^-]}{[\text{H}_3\text{PO}_4]} \] II ступањ: \[ \text{H}_2\text{PO}_4^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_3\text{O}^+ + \text{HPO}_4^{2-} \quad \implies \quad K_{a2} = \frac{[\text{H}_3\text{O}^+][\text{HPO}_4^{2-}]}{[\text{H}_2\text{PO}_4^-]} \] III ступањ: \[ \text{HPO}_4^{2-} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_3\text{O}^+ + \text{PO}_4^{3-} \quad \implies \quad K_{a3} = \frac{[\text{H}_3\text{O}^+][\text{PO}_4^{3-}]}{[\text{HPO}_4^{2-}]} \] Образложење: У сваком наредном кораку позитивно наелектрисани протон (\( \text{H}^+ \)) мора да се одвоји од јона који већ има негативно наелектрисање (\( \text{H}_2\text{PO}_4^- \), односно \( \text{HPO}_4^{2-} \)). Електростатичко привлачење између супротних наелектрисања отежава даљу дисоцијацију, због чега је \( K_{a1} \) највећа, а \( K_{a3} \) најмања константа.

Савладај
домаћи
уз хиљаде решења, лекција и тестова: