Најважније из лекције
Јаки vs слаби електролити: Јаки дисосују потпуно (\(\alpha \approx 1\), све соли, јаке киселине и хидроксиди I и II групе), а слаби непотпуно (\(\alpha \ll 1\), динамичка равнотежа).
Степен дисоцијације: \(\alpha = \frac{N_{\text{dis}}}{N_u}\). Зависи од температуре, природе супстанце и концентрације (разблажењем расте).
Константа дисоцијације: \(K_d = \frac{[\text{H}^+][\text{A}^-]}{[\text{HA}]}\). Зависи само од температуре и природе електролита. Веће \(K_d\) (односно мање \(pK_d\)) значи већу јачину електролита.
Ступњевита дисоцијација: Код полипротичних киселина вредност константе опада сваким следећим ступњем (\(K_{d1} > K_{d2} > K_{d3}\)).
Степен дисоцијације: \(\alpha = \frac{N_{\text{dis}}}{N_u}\). Зависи од температуре, природе супстанце и концентрације (разблажењем расте).
Константа дисоцијације: \(K_d = \frac{[\text{H}^+][\text{A}^-]}{[\text{HA}]}\). Зависи само од температуре и природе електролита. Веће \(K_d\) (односно мање \(pK_d\)) значи већу јачину електролита.
Ступњевита дисоцијација: Код полипротичних киселина вредност константе опада сваким следећим ступњем (\(K_{d1} > K_{d2} > K_{d3}\)).
Јаки електролити су супстанце које у воденом раствору скоро у потпуности дисосују на јоне. Њихови раствори имају велику електричну проводљивост. У једначинама се користи једносмерна стрелица (\(\longrightarrow\)).
Слаби електролити су супстанце које у воденом раствору само делимично (слабо) дисосују на јоне. У њиховим растворима успоставља се динамичка равнотежа између јона и недисосованих молекула. У једначинама се користи повратна стрелица (\(\rightleftharpoons\)).
\[\text{NaCl(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Na}^+\text{(aq)} + \text{Cl}^-\text{(aq)} \quad \text{(потпуна дисоцијација - јак електролит)}\]
\[\text{HCN(aq)} \rightleftharpoons \text{H}^+\text{(aq)} + \text{CN}^-\text{(aq)} \quad \text{(непотпуна дисоцијација - слаб електролит)}\]
Све соли су јаки електролити! Чак и соли које су слабо растворне у води (нпр. \(\text{CaCO}_3\)), у свом засићеном раствору садрже искључиво потпуно дисосоване (хидратисане) јоне, без недисосованих јединица.
Јачина киселина и база зависи од структуре њихових честица (електронегативности атома, величине атома неметала, наелектрисања јона метала итд.).
| Категорија | Представници |
|---|---|
| Јаке киселине | \(\text{HClO}_4\), \(\text{HClO}_3\), \(\text{HNO}_3\), \(\text{H}_2\text{SO}_4\), \(\text{HCl}\), \(\text{HBr}\), \(\text{HI}\) |
| Јаке базе | Хидроксиди алкалних метала (\(\text{LiOH}\), \(\text{NaOH}\), \(\text{KOH}\), \(\text{RbOH}\), \(\text{CsOH}\)) и хидроксиди земноалкалних метала (\(\text{Ca(OH)}_2\), \(\text{Sr(OH)}_2\), \(\text{Ba(OH)}_2\)) |
| Слаби електролити | Већина органских киселина (\(\text{CH}_3\text{COOH}\), \(\text{HCOOH}\)), слабе неорганске киселине (\(\text{HCN}\), \(\text{HNO}_2\), \(\text{HF}\), \(\text{HClO}\)), слабе базе попут \(\text{NH}_3\) и хидроксида прелазних метала |
Код кисеоничних киселина истог неметала (нпр. хлора), јачина киселине расте са повећањем броја атома кисеоника због веће поларизације и лакшег раскидања \(\text{-O-H}\) везе:
\[\text{HClO} < \text{HClO}_2 < \text{HClO}_3 < \text{HClO}_4\]
Раствори јаке киселине (\(\text{HCl}\)) и слабе киселине (\(\text{CH}_3\text{COOH}\)) истих концентрација различито реагују са магнезијумом: јака киселина реагује бурније јер има знатно већу тренутну концентрацију слободних \(\text{H}^+\) јона у раствору.
Степен електролитичке дисоцијације (\(\alpha\)) је однос броја дисосованих молекула (\(N_{\text{dis}}\)) и укупног броја молекула електролита (\(N_u\)).
\[\alpha = \frac{N_{\text{dis}}}{N_u} \quad \text{или} \quad \alpha(\%) = \frac{N_{\text{dis}}}{N_u} \cdot 100\%\]
\(\alpha\) је неименован број у интервалу од 0 до 1 (односно од \(0\%\) до \(100\%\)).
На вредност степена дисоцијације слабог електролита утичу:
- природа електролита и растварача
- концентрација раствора (разблаживањем се \(\alpha\) повећава)
- температура
1. Број дисосованих молекула: \(N_{\text{dis}} = \alpha \cdot N_u\)
2. Број недисосованих молекула: \(N_{\text{nedis}} = N_u - N_{\text{dis}}\)
2. Број недисосованих молекула: \(N_{\text{nedis}} = N_u - N_{\text{dis}}\)
Константа дисоцијације (\(K_d\)) је константа равнотеже процеса дисоцијације слабог електролита. Представља меру јачине електролита и зависи искључиво од природе електролита и температуре (не зависи од концентрације).
За општи процес дисоцијације једнобазне киселине \(\text{HA} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{A}^-\):
\[K_d = \frac{[\text{H}^+][\text{A}^-]}{[\text{HA}]}\]
Што је већа вредност \(K_d\), то је електролит јачи (равнотежа је више померена ка формирању јона).
Дисоцијација полипротичних киселина одвија се ступњевито, при чему вредност константе опада са сваким наредним ступњем (\(K_{d1} > K_{d2} > K_{d3}\)):
\[\text{H}_3\text{PO}_4 \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{H}_2\text{PO}_4^- \quad (K_{d1} = 1,1 \cdot 10^{-2})\]
\[\text{H}_2\text{PO}_4^- \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{HPO}_4^{2-} \quad (K_{d2} = 1,2 \cdot 10^{-7})\]
\[\text{HPO}_4^{2-} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{PO}_4^{3-} \quad (K_{d3} = 1,8 \cdot 10^{-12})\]
Разлог: Са порастом негативног наелектрисања анјона, јаче се привлачи \(\text{H}^+\) јон и теже се отцепљује.
\[pK_d = -\log K_d \quad \Longleftrightarrow \quad K_d = 10^{-pK_d}\]
Што је мања вредност \(pK_d\), електролит је јачи.
Ако киселина има \(K_d = 1 \cdot 10^{-5}\), њена \(pK_d\) вредност је \(pK_d = -\log(10^{-5}) = 5\).
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Разврстај следеће супстанце на јаке и слабе електролите:
\(\text{HNO}_3\), \(\text{CH}_3\text{COOH}\), \(\text{KOH}\), \(\text{HCN}\), \(\text{Ba(OH)}_2\), \(\text{Na}_2\text{SO}_4\).
\(\text{HNO}_3\), \(\text{CH}_3\text{COOH}\), \(\text{KOH}\), \(\text{HCN}\), \(\text{Ba(OH)}_2\), \(\text{Na}_2\text{SO}_4\).
- Јаки електролити: \(\text{HNO}_3\) (јака киселина), \(\text{KOH}\) (јака база), \(\text{Ba(OH)}_2\) (јака база), \(\text{Na}_2\text{SO}_4\) (со).
- Слаби електролити: \(\text{CH}_3\text{COOH}\) (слаба органска киселина), \(\text{HCN}\) (слаба неорганска киселина).
Задатак 2 (средњи): У воденом раствору монопротичне киселине \(\text{HA}\) укупан број молекула је \(40\,000\). Ако је степен дисоцијације киселине \(\alpha = 3\%\), израчунај:
а) Број дисосованих молекула киселине;
б) Број преосталих недисосованих молекула;
в) Број насталих \(\text{A}^-\) анјона.
а) Број дисосованих молекула киселине;
б) Број преосталих недисосованих молекула;
в) Број насталих \(\text{A}^-\) анјона.
а) Број дисосованих молекула:
\[N_{\text{dis}} = \alpha \cdot N_u = \frac{3}{100} \cdot 40\,000 = 1\,200 \text{ молекула}\]
б) Број недисосованих молекула:
\[N_{\text{nedis}} = N_u - N_{\text{dis}} = 40\,000 - 1\,200 = 38\,800 \text{ молекула}\]
в) Број насталих \(\text{A}^-\) јона:
Дисоцијацијом једног молекула \(\text{HA}\) настаје један \(\text{H}^+\) и један \(\text{A}^-\) јон (\(\text{HA} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{A}^-\)).
Према томе: \(N(\text{A}^-) = N_{\text{dis}} = 1\,200 \text{ јона}\).
Дисоцијацијом једног молекула \(\text{HA}\) настаје један \(\text{H}^+\) и један \(\text{A}^-\) јон (\(\text{HA} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{A}^-\)).
Према томе: \(N(\text{A}^-) = N_{\text{dis}} = 1\,200 \text{ јона}\).
Задатак 3 (средњи): Дате су вредности \(pK_d\) три различите киселине:
киселина \(\text{HA}_1\) (\(pK_d = 3,75\)), киселина \(\text{HA}_2\) (\(pK_d = 9,22\)) и киселина \(\text{HA}_3\) (\(pK_d = 1,96\)).
Поређај ове киселине по јачини, почев од најјаче ка најслабијој.
киселина \(\text{HA}_1\) (\(pK_d = 3,75\)), киселина \(\text{HA}_2\) (\(pK_d = 9,22\)) и киселина \(\text{HA}_3\) (\(pK_d = 1,96\)).
Поређај ове киселине по јачини, почев од најјаче ка најслабијој.
Што је вредност \(pK_d\) мања, вредност константе дисоцијације \(K_d\) је већа, па је киселина јача.
Поредак по јачини (од најјаче ка најслабијој): \[\text{HA}_3 \ (pK_d = 1,96) > \text{HA}_1 \ (pK_d = 3,75) > \text{HA}_2 \ (pK_d = 9,22)\]
Поредак по јачини (од најјаче ка најслабијој): \[\text{HA}_3 \ (pK_d = 1,96) > \text{HA}_1 \ (pK_d = 3,75) > \text{HA}_2 \ (pK_d = 9,22)\]
Задатак 4 (тежак): Напиши израз за константу дисоцијације азотасте киселине (\(\text{HNO}_2\)), а затим објасни зашто се при разблаживању њеног раствора степен дисоцијације (\(\alpha\)) повећава, док вредност константе дисоцијације (\(K_d\)) остаје непромењена на константној температури.
Једначина дисоцијације: \(\text{HNO}_2 \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{NO}_2^-\)
Израз за константу дисоцијације: \[K_d = \frac{[\text{H}^+][\text{NO}_2^-]}{[\text{HNO}_2]}\] Објашњење:
Израз за константу дисоцијације: \[K_d = \frac{[\text{H}^+][\text{NO}_2^-]}{[\text{HNO}_2]}\] Објашњење:
- \(K_d\) је термодинамичка константа равнотеже и зависи искључиво од температуре и природе супстанце, па промена концентрације разблаживањем не мења њену вредност.
- Степен дисоцијације (\(\alpha\)) представља удео дисосованих честица. Разблаживањем се смањује укупна концентрација, а према Ле Шатељеовом принципу и закону разблажења равнотежа се помера у смеру већег броја честица (дисоцијације), чиме \(\alpha\) расте.
