Protolyysi II - Kandidaattikustannus
Transcription
Protolyysi II - Kandidaattikustannus
Protolyysi II Heikot hapot ja emäkset Heikot hapot ja emäkset • Protolyysi ei tapahdu täydellisesti • Hapon ja sen emäksen (tai toisinpäin) suhteen liuoksessa määrää liuoksen pH • Myös heikko happo tai emäs voi olla moniarvoinen, esim. fosforihappo. • Heikkojen happojen ja emästen laskut ovat tasapainolaskuja, joissa tulee käyttää kaksisuuntaista nuolta ⇌ • Laskutoimituksissa tiedettävä happo- tai emäsvakio Happo-/emäsvakio Ka/Kb • Protoninsiirtoreaktioille voidaan laskea tasapainovakio, kuten muillekin reaktioille HA + B ⇌ A-‐ + HB+ • Vesiliuoksissa veden konsentraatio pysyy lähes vakiona, jolloin voidaan kirjoittaa happovakio Ka tai emäsvakio Kb HA + H2O ⇌ A-‐ + H3O+ • B + H2O ⇌ HB+ + OH-‐ Happo- tai emäsvakio voidaan kirjoittaa myös logaritmisessa muodossa! Heikot hapot c(alku) c(tasapaino) HA 1 1 - X + H2O happovakion avulla ratkaistaan X: [H3O+] = X pH = -‐lg[H3O+] ⇌ A- 0 X + H3O+ 0 X Mitä Ka kertoo? • Mitä suurempi Ka, sitä enemmän reaktion tasapaino on oikealla à vahvempi happo • Huom! Mitä suurempi pKa, sitä heikompi happo • Johtuu pKa:n määritelmästä (kuten pH:n ”nurinkurisuus”) Heikot emäkset • Voidaan laskea, kuten heikkojen happojen laskut käyttämällä emäsvakiota Kb • EI kuitenkaan voida laskea konjugaattihapon protolyysinä, vaikkakin emäksen vahvuutta voidaan kuvata myös Ka:lla. • Esim. • NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH- (emäsreaktio) • NH4+ + H2O ⇌ NH3 + H3O+ (happoreaktio) Esimerkki ”Laske 0,15 M etikkahapon pH. Kirjoita myös protolyysireaktio. Etikkahapon pKa = 4,74. Laske myös 0,15 M natriumasetaattiliuoksen pH ja kirjoita protolyysireaktio. ” Protolysoitumisaste • Heikon happo- tai emäsliuoksen pH voidaan laskea myös protolysoitumisasteen avulla. • Prosenttiosuus, kuinka paljon haposta/ emäksestä protolysoituu vesiliuoksessa • Voidaan laskea Ka/Kb:n avulla Esimerkki ”Määritä protolysoitumisaste 0,1 M muurahaishapolle (metaanihappo), kun sen pKa on 3,8.” ”Mikä on ammoniakkikonsentraatio silloin, kun sen protolysoitumisaste on 4,3%? pKb = 4,7” Happo- ja emäsmuodon suhde • Joskus on hyödyllistä tarkastella happo- ja emäsmuodon suhdetta tietyssä pH:ssa. (esim. biomolekyylit fysiologisessa pH:ssa) • Voidaan määrittää suoraan pKa:n ja pH:n avulla • Happovakion lausekkeesta voidaan johtaa Henderson-Hasselbach-yhtälö, jonka ”ei logaritminen” muoto löytyy lukiokirjoista. • Käytännössä: voidaan helposti tarkistaa, missä muodossa jokin happo/emäs on tietyllä pH-alueella. • Ka:n lausekkeesta (tai HH) voidaan johtaa myös happo- tai emäsmuodon prosenttiosuuksille kaavat Heikot moniarvoiset hapot • Esim. fosforihappo H3PO4 • Jokaiselle protolyysin vaiheelle voidaan määrittää omat happovakiot. • Usein toinen tai kolmas protolyysi ovat niin heikkoja, etteivät ne juurikaan vaikuta merkitseviin numeroihin (poikkeuksia löytyy, esim. laimeat liuokset) • Myös vahvojen happojen esim. H2SO4 toinen protolyysi voi olla heikko Esimerkki ”Laske fosforihapon eri muotojen suhteet fysiologisessa pH:ssa, kun pKa1= 2,1, pKa2=7,2 ja pKa3=12,7” Approksimointi • Joskus heikkojen happojen laskuissa voidaan käyttää ns. oikoreittiä • X eli [H3O+] << hapon alkukonsentraatio • Yleisemmin X << luku, josta se vähennetään • Ei saa näkyä lopullisessa pyöristetyssä vastauksessa • Tarkista approksimaation oikeellisuus jakamalla X luvulla, josta se vähennettiin (kirjallisuudessa ~5% on vielä hyväksyttävä) • ÄLÄ APPROKSIMOI, jos olet epävarma tai kun aikaa on laskea myös koko lasku! Neutraloituminen • Happo ja emäs reagoivat muodostaen suolaa ja vettä esim. HCl + NaOH à NaCl + H2O • Hapan liuos voidaan siis neutraloida (pH = 7) lisäämällä siihen yhtä paljon vastaavaa emästä. • Usein kysytään pH:ta, kun toista on ylimäärä. • Sääntöjä neutraloitumiselle: – – – – Vahva happo + vahva emäs = neutraali Vahva happo + heikko emäs = hapan liuos Vahva emäs + heikko happo = emäksinen liuos Heikko happo + heikko emäs = suhteellinen vahvuus määrää lopullisen pH:n eli jos Ka > Kb à hapan liuos ja toisinpäin Kertaava esimerkki ”Etaanidihappo eli oksaalihappo C2O4H2 diproottinen happo, jota voidaan käyttää mm. antikoagulanttina verinäytteiden käsittelyssä. Oksaalihapon pKa1=1,27 ja pKa2=4,27” a) Piirrä oksaalihapon täydellinen rakennekaava HOOCCOOH Kertaava esimerkki ”Etaanidihappo eli oksaalihappo C2O4H2 diproottinen happo, jota voidaan käyttää mm. antikoagulanttina verinäytteiden käsittelyssä. Oksaalihapon pKa1=1,27 ja pKa2=4,27” b) Kirjoita protolyysireaktiot oksaalihapolle HOOCCOOH + H2O ⇌ -OOCCOOH + H3O+ -OOCCOOH + H2O ⇌ -OOCCOO- + H3O+ Kertaava esimerkki ”Etaanidihappo eli oksaalihappo C2O4H2 diproottinen happo, jota voidaan käyttää mm. antikoagulanttina verinäytteiden käsittelyssä. Oksaalihapon pKa1=1,27 ja pKa2=4,27” c) Mikä on antikoagulantti ja miksi verinäyte pitäisi käsitellä sillä? • Antikoagulantti on aine, joka estää veren hyytymisen. Kun verinäytä käsitellään antikoagulantilla, kalsium saostuu ja estää veren hyytymistekijöiden aktivaation Kertaava esimerkki ”Etaanidihappo eli oksaalihappo C2O4H2 diproottinen happo, jota voidaan käyttää mm. antikoagulanttina verinäytteiden käsittelyssä. Oksaalihapon pKa1=1,27 ja pKa2=4,27” d) Laske oksaalihapon kaikkien muotojen prosenttiosuudet fysiologisessa pH:ssa