הנוסחה שם שארית החומצה הנוסחה שם החומצה

Comments

Transcription

הנוסחה שם שארית החומצה הנוסחה שם החומצה
‫חומצות בסיסים על קצה המזלג‪2011/‬‬
‫חומצות ובסיסים מוגדרים בכמה צורות‪:‬‬
‫הגדרת חומצה‪ :‬ההגדרה הראשונה והמצומצמת ביותר היא זו של ארהניוס‪:‬‬
‫חומצה היא כל חומר‪ ,‬שמשחרר במים את היון )‪ , H3O+1(aq‬יון ההידרוניום‪ .‬למעשה החומצה משחררת ‪ H+1‬אך ליון כזה‬
‫אין קיום במים והוא מתלבש על מולקולה של מים‪.‬‬
‫‪+‬‬
‫ע"פ הגדרת ברונסטד ולאורי )‪ ,)Brønsted and Lowry‬חומצות הן תרכובות המסוגלות למסור יוני ‪.H‬‬
‫חומצות מורכבות מאל‪ -‬מתכות בלבד‪.‬‬
‫דוגמה ‪ :1‬חומצת מלח ‪ .HCl‬החומצה מסוגלת למסור יון אחד של ‪ ,H+‬ואז מתקבלת שארית החומצה‪ ,‬יון הכלור ‪.Cl-‬‬
‫דוגמה ‪ :2‬חומצה גפרתית ‪ .H2SO4‬החומצה מסוגלת למסור שני יוני ‪ ,H+‬ואז מתקבלת שארית החומצה‪ ,‬היון הגפרתי‬
‫‪.SO4-2‬‬
‫דוגמה ‪ :3‬חומצה זרחתית ‪ .H3PO4‬החומצה מסוגלת למסור שלושה יוני ‪ ,H+‬ואז מתקבלת שארית החומצה‪ ,‬היון הזרחתי‬
‫‪.PO4-3‬‬
‫חומצות מגיבות עם מים לקבלת יון הידרוניום ‪ H3O+‬ושארית חומצה‪.‬‬
‫דוגמה‪:‬‬
‫)‪HCl (g) + H2O (l)  H3O+ (aq) + Cl- (aq‬‬
‫שם החומצה‬
‫הנוסחה שם שארית החומצה‬
‫הנוסחה‬
‫חומצת מלח‬
‫‪HCl‬‬
‫יון כלור (כלוריד)‬
‫‪Cl-‬‬
‫חומצה גפרתית‬
‫‪H2SO4‬‬
‫יון גפרתי‬
‫‪SO4-2‬‬
‫חומצה גפריתית‬
‫‪H2SO3‬‬
‫יון גפריתי‬
‫‪SO3-2‬‬
‫חומצה זרחתית‬
‫‪H3PO4‬‬
‫יון זרחתי‬
‫‪PO4-3‬‬
‫חומצה חנקתית‬
‫‪HNO3‬‬
‫יון חנקתי‬
‫‪NO3-‬‬
‫חומצה פחמתית‬
‫‪H2CO3‬‬
‫יון פחמתי‬
‫‪CO3-2‬‬
‫חומצה היפוכלורית‬
‫‪HClO‬‬
‫יון היפוכלורי‬
‫‪ClO-‬‬
‫בסיסים‪ :‬לפי ההגדרה הראשונה והמצומצמת ביותר של ארהניוס‪ :‬בסיס הוא חומר שמשחרר במים את יון ההידרוקסיד‬
‫)‪=( OH-1(aq‬יון הידרוכסיל)‪ .‬ע"פ הגדרת ברונסטד ולאורי‪ ,‬בסיסים הם תרכובות המסוגלות לקלוט יוני ‪.H+‬‬
‫בסיסים מורכבים ממתכת ויון‪/‬י הידרוקסיד ‪( .OH-‬יוצאים מן הכלל‪ :‬אמוניה ‪ ,NH3‬אשר בהתמוססותה במים יוצרת‬
‫אמון הידרוקסידי ‪.) NH4OH‬‬
‫דוגמה ‪ :1‬בסיס הנתרן (או נתרן הידרוקסידי) ‪.NaOH‬‬
‫דוגמה ‪ :2‬בסיס הסידן (או סידן הידרוקסידי) ‪ .Ca(OH)2‬בחומר זה שני יוני הידרוקסיד‪.‬‬
‫בסיסים הם חומרים יוניים (מלבד אמוניה) ורובם מתמוססים במים‪.‬‬
‫דוגמה‪:‬‬
‫)‪NaOH (s)  Na+ (aq) + OH- (aq‬‬
‫שם הבסיס‬
‫בסיס הנתרן ‪ /‬נתרן הידרוקסידי‬
‫בסיס האשלגן ‪ /‬אשלגן הידרוקסידי‬
‫בסיס המגנזיום ‪ /‬מגנזיום הידרוקסידי‬
‫בסיס הסידן ‪ /‬סידן הידרוקסידי‬
‫בסיס האלומינים ‪ /‬אלומיניום הידרוקסידי‬
‫אמוניה‬
‫הנוסחה‬
‫‪NaOH‬‬
‫‪KOH‬‬
‫‪Mg(OH)2‬‬
‫‪Ca(OH)2‬‬
‫‪Al(OH)3‬‬
‫‪NH3‬‬
‫חומרים שתמיסתם המימית בסיסית‬
‫‪ .1‬תרכובת יונית המכילה יוני הידרוקסיד ‪. OH-‬‬
‫לדוגמה‪NaOH , Ca(OH)2 :‬‬
‫)‪ Na  (aq) + OH- (aq‬‬
‫[המסה]‬
‫)‪NaOH(s‬‬
‫‪‬‬
‫‪ .2‬תרכובת מולקולרית בעלת אטום חנקן ‪ N‬עם זוג אלקטרונים פנוי ‪ .‬תרכובת הקולטת‬
‫‪H+‬מהמים‪.‬‬
‫)‪+ OH- (aq‬‬
‫)‪(aq‬‬
‫‪NH3(aq) + H2O(l)  NH4 ‬‬
‫[חומצה בסיס]‬
‫‪ .3‬מתכת אלקלית פעילה מטור ‪. 1‬‬
‫לדוגמה‪Na(s) , K(s) , Cs(s) , Rb(s) :‬‬
‫)‪Na(s) + H2O(l)  Na  (aq) + ½ H2(g) + OH-(aq‬‬
‫נסכם‪ :‬חומצה ‪ -‬חומר המוסר פרוטון‪ .‬בסיס ‪ -‬חומר המקבל פרוטון‪.‬‬
‫[חמצון חיזור]‬
‫תגובות של חומצות ובסיסים‬
‫א‪ .‬התכונה הבולטת המאפשרת לזהות חומצות ובסיסים היא התגובה שלהם לחומרי צבע הנקראים בשם‪ :‬אינדיקטורים‪,‬‬
‫ומשנים את צבעם בהתאם לסביבה שבה הם נמצאים‪ .‬האינדיקטורים השימושיים ביותר הם‪:‬‬
‫נייר לקמוס‪ ,‬פנול‪-‬פתלאין‪ ,‬מתיל‪-‬אורנג' ומי כרוב‪.‬‬
‫ב‪ .‬לתמיסה מימית של חומצה ‪ pH‬קטן מ‪ .7 -‬לתמיסה מימית של בסיס ‪ pH‬גבוה מ‪.7 -‬‬
‫נסכם‬
‫תמיסה מימית חומצית‬
‫תמיסה מימית בסיסית‬
‫‪ ‬תמיסת פנול פתלאין ‪ -‬נשארת שקופה‬
‫‪ ‬תמיסת פנול פתלאין משתנה לסגול‪-‬ורוד‬
‫‪ ‬נייר לקמוס כחול משתנה לאדום‬
‫‪ ‬נייר לקמוס כחול ‪ -‬ללא שינוי‬
‫‪ ‬נייר לקמוס אדום ‪ -‬ללא שינוי‬
‫‪ ‬נייר לקמוס אדום משתנה לכחול‬
‫‪ ‬נייר ‪ pH‬בערכים‪pH > 7 :‬‬
‫‪ ‬נייר ‪ pH‬בערכים‪pH < 7 :‬‬
‫‪ ‬בתמיסתם המימית יש יוני הידרוניום )‪H3O+(aq‬‬
‫‪ ‬בתמיסתם המימית יש יוני הידרוקסיד )‪OH-(aq‬‬
‫מבחינת המבנה המרחבי הן החומצות החמצניות והן הבסיסים בנויים בצורה זהה לחלוטין כאשר תמיד החמצן מקשר בין‬
‫האטום המרכזי ובין המימן‪ .‬מה שקובע את התנהגות החומר כחומצה או כבסיס הוא העובדה ‪ -‬איזה מבין שני הקשרים‬
‫יהיה זה שיפתח‪ .‬בחומצות הקשר בין ה‪ O-H -‬יפתח‪ ,‬ואילו בבסיסים יפתח הקשר בין היסוד המרכזי לחמצן‪ .‬בדר"כ כאשר‬
‫החומר המרכזי מתכת החומר יתפקד כבסיס‪ .‬אל‪-‬מתכת ‪ -‬חומצה‪ .‬ישנם חומרים אשר להם התכונה לתפקד הן‬
‫כבסיסים והן כחומצות‪ .‬אופי התגובה שלהם תלוי בחומר שאיתו הם מגיבים‪ .‬חומרים אלו נקראים‪ :‬אמפוטריים‪.‬‬
‫החומצה ‪ HCl‬הינה חומצה חזקה ומתפרקת בשלמות במים ל ‪ H+‬ול ‪ .Cl‬למעשה‪ ,‬החומצה מוסרת את הפרוטון למים‬
‫ונוצר הצורון הידרוניום (‪ .)H3O+‬אבל‪ ,‬למען הנוחיות‪ ,‬נוהגים לרשום ‪ H+‬והדבר אינו מפריע בחישובים‪ .‬כדאי לזכור מדי‬
‫פעם שלפרוטון בודד אין אפשרות קיום בתמיסה מימית והוא מתחבר מיד עם הווצרו למוקולה של מים‪ .‬ריכוז היון ‪ H+‬זהה‬
‫לריכוז החומצה המקורי (מול חומצה נותן מול אחד של יוני ‪ H+‬ומול אחד של ‪.)Cl‬‬
‫‪HCl  H+ +Cl‬‬
‫באותו אופן הבסיס ‪ NaOH‬שהינו בסיס חזק‪ ,‬מתפרק בשלמות ליונים ‪ Na+‬ו‪. OH -‬‬
‫פונקציית ‪p‬‬
‫הריכוזים של ‪ H+‬ו‪ OH- -‬שאנחנו מעונינים במדידתם‪ ,‬הם בדרך כלל קטנים מאחד מולר‪ .‬שימוש בלוגריתם של הריכוז היה‬
‫גורם לחוסר נוחיות של עיסוק במספרים שליליים‪ .‬כדי להימנע מזה‪ ,‬מגדירים פונקציה ‪: p‬‬
‫‪p ≡ -log‬‬
‫בעבודה עם חומצות ובסיסים מבטאים את ריכוז יוני ההידרוניום (‪ H3O+‬או ‪ ) H+‬ע"י פונקציה זו‪,‬‬
‫ומדד לחומציות התמיסה הינו רמת ה ‪ pH -‬שלה‪pH = log[H+].‬‬
‫אם נקח חומצה חזקה כמו ‪ ,HCl‬אפשר לתאר את הקשר בין ריכוז החומצה‪ ,‬ריכוזי ה‪ H+ -‬וה‪ OH- -‬וערכי ה‪ pH -‬ו‪pOH -‬‬
‫של התמיסה‪:‬‬
‫ריכוז ‪ HCl‬ריכוז ‪H+‬‬
‫‪pH‬‬
‫‪pOH‬‬
‫‪0.1 M‬‬
‫‪0.1 M‬‬
‫‪1.0‬‬
‫‪13.0‬‬
‫‪0.01 M‬‬
‫‪0.01 M‬‬
‫‪2.0‬‬
‫‪12.0‬‬
‫או במקרה של תמיסה של ‪:NaOH‬‬
‫ריכוז ‪NaOH‬‬
‫‪OH-‬ריכוז‬
‫‪pOH‬‬
‫‪pH‬‬
‫‪0.1 M‬‬
‫‪0.1 M‬‬
‫‪1.0‬‬
‫‪13.0‬‬
‫‪0.01 M‬‬
‫‪0.01 M‬‬
‫‪2.0‬‬
‫‪12.0‬‬
‫סקלת ה‪pH -‬‬
‫ניטרלי‬
‫עליה בבסיסיות‬
‫‪14‬‬
‫‪13‬‬
‫])‪(aq‬‬
‫‪12‬‬
‫‪-‬‬
‫עליה בחומציות ]‬
‫‪[OH‬‬
‫‪11‬‬
‫‪10‬‬
‫‪9‬‬
‫‪8‬‬
‫‪7‬‬
‫‪6‬‬
‫‪5‬‬
‫‪4‬‬
‫‪(aq‬‬
‫‪+‬‬
‫‪3‬‬
‫‪[H3O‬‬
‫‪2‬‬
‫‪1‬‬
‫תגובות סתירה= תגובות של חומצה‪-‬בסיס‬
‫הסתירה של חומצה עם בסיס מבוססות על התגובה‪:‬‬
‫‪H   OH   H 2 O‬‬
‫חומצות ובסיסים הינן שתי קבוצות חומרים‪ ,‬בעלי קווי אופי מנוגדים‪.‬‬
‫‪ ‬חומצה זהו חומר המשחרר פרוטונים בתמיסה מימית ואילו‬
‫‪ ‬בסיס זהו חומר המשחרר יוני הידרוקסיל בתמיסה מימית‪.‬‬
‫‪ ‬חומצות ובסיסים מגיבים ביניהם ליצור מלח ומים‪ .‬יון ‪ H+‬של החומצה מגיב עם יון ההידררוקסיל‪ OH- ,‬של‬
‫הבסיס ושניהם ביחד יוצרים מולקולת מים‪ ,‬שהיא נייטרלית (מבחינת הגדרת חומצה ובסיס) – תגובה זו היינה‬
‫תגובת סתירה (נייטרליזציה)‪.‬‬
‫לדוגמא תגובה בין ‪ HCl‬ו‪ NaOH -‬נוצר מלח בישול ומים‪:‬‬
‫)‪HCl(aq) + NaOH(aq)  NaCl(s) + H2O(l‬‬
‫תרגול‬
‫א‪ .‬נתונה טבלת חומרים ומידע לגבי התמיסה המימית של כל אחד מהם‪:‬‬
‫חומר‬
‫‪.1‬‬
‫)‪CsOH(s‬‬
‫‪.2‬‬
‫)‪HNO3(l‬‬
‫‪.3‬‬
‫)‪NaBr(s‬‬
‫‪.5‬‬
‫)‪HClO4(l‬‬
‫‪.6‬‬
‫)‪C2H5OH(l‬‬
‫חומצית‬
‫תמיסה מימית‬
‫ניטרלית בסיסית‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪ ‬רשום ניסוח מתאים לכל אחת מן התמיסות‪.‬‬
‫ב‪ .‬בחר את התשובה הנכונה ביותר ורשום תהליך מתאים כנימוק‪:‬‬
‫‪ ‬מי מהחומרים הבאים תמיסתו המימית תכחיל נייר לקמוס אדום ?‬
‫‪HBr .1‬‬
‫‪H2SO4 .3‬‬
‫‪KOH .2‬‬
‫‪HCl .4‬‬
‫‪ ‬למי מהחומרים הבאים תמיסה מימית בעלת ‪ pH‬שווה ל‪? 7 -‬‬
‫‪NH3 .1‬‬
‫‪KI .3‬‬
‫‪HI .2‬‬
‫ג‪ .‬נסח תגובות מאוזנות לתהליכים המתוארים‪ ,‬וציין את סוג התגובה‪:‬‬
‫‪ .1‬לתמיסה מימית של ‪ NaOH‬מוסיפים תמיסה מימית של ‪.H2SO4‬‬
‫‪ .2‬לתמיסה מימית של ‪ HNO3‬מוסיפים גבישי ‪. Ba(OH)2‬‬
‫ד‪ .‬הכינו תמיסה מימית של ‪ HI‬ע"י בעבוע הגז למים‪ ,‬וחלקו את התמיסה ל‪:2 -‬‬
‫‪ .1‬רשום ניסוח לתגובה של ‪ HI‬עם המים‪.‬‬
‫‪ .2‬לכל מבחנה הוסיפו‪ :‬מבחנה ‪NaOH(s) :1‬‬
‫מבחנה ‪HNO3(l) :2‬‬
‫במקרה אחד התרחשה תגובה‪ .‬נסח את התגובה המתאימה‪.‬‬
‫‪ .3‬הסבר כיצד יושפע ה‪[ pH -‬יעלה‪/‬ירד‪/‬לא ישתנה] ע"י הוספת החומר למבחנה‪.‬‬
‫חומצות בסיסים ‪ -‬שאלות חישוב‬
‫‪ .1‬מערבבים תמיסת ‪ 200 HCl‬מ"ל ‪ 2M‬עם תמיסת ‪ 200 NaOH‬מ"ל ‪.3M‬‬
‫מהו תחום ה‪ pH -‬בתום הערבוב (חומצי‪/‬בסיסי‪/‬נאטרלי) ?‬
‫‪ .2‬מערבבים תמיסת ‪ 100 H2SO4‬מ"ל ‪ 2M‬עם תמיסת ‪ 400 KOH‬מ"ל ‪.1M‬‬
‫מהו תחום ה‪ pH -‬בתום הערבוב (חומצי‪/‬בסיסי‪/‬נאטרלי) ?‬
‫‪ .3‬מערבבים תמיסת ‪ 200 HI‬מ"ל ‪ 1M‬עם תמיסת ‪ 200 Ba(OH)2‬מ"ל ‪.0.25M‬‬
‫מהו תחום ה‪ pH -‬בתום הערבוב (חומצי‪/‬בסיסי‪/‬נאטרלי) ?‬
‫‪ .4‬לתמיסת ‪ 400 HNO3‬מ"ל ‪ 2M‬מוסיפים גבישי ‪. Al(OH)3‬‬
‫מהו תחום ה‪ pH -‬בתום הערבוב (חומצי‪/‬בסיסי‪/‬נאטרלי) ?‬
‫‪ .5‬ל‪ 150 -‬מ"ל תמיסת ‪ 2M HCl‬מוסיפים ‪ 75‬מ"ל תמיסת ‪ CsOH‬לסתירה מלאה‪ .‬מהו‬
‫נפח תמיסת‬
‫‪ CsOH‬שהגיב בסתירה ?‬
‫‪ .6‬ל‪ 300 -‬מ"ל תמיסת ‪ 1M NaOH‬הוסיפו תמיסת ‪ 0.2M H2SO4‬עד ל‪ pH -‬שווה ל‪7 -‬‬
‫מהו ריכוז תמיסת ‪ H2SO4‬שהוסיפו לתגובה ?‬
‫‪ .7‬נתונות ‪ 2‬תמיסות ‪ 100 HCl - A :‬מ"ל ‪ 200 HCl -B 1M‬מ"ל ‪.0.5M‬‬
‫איזו תמיסה חומצית יותר ? האם ה‪ pH -‬זהה בתמיסות ? נמק‪.‬‬