SOLUTII APOASE

Solutiile sunt amestecuri omogene de doua sau mai multe substante pure. In solutiile apoase, apa este

considerata in mod obisnuit ca fiind solventul cel mai bun. Solutiile apoase se impart in trei categorii:

solutii apoase acide, solutii apoase bazice si solutii apoase de sare.

Exemple de acizi:
  HCl -acid clorhidric

H₂SO₄ -acid sulfuric

CH₃COOH -acid acetic

H₃PO₄ -acid fosforic

Proprietatile unei solutii apoase acide

are gust acru;

reactioneaza cu metale, ca zincul si magneziul, cu degajare de hidrogen;

coloratul turnesol devine rosu atunci cand este introdus intr-o solutie acida;

conduce electricitatea;

Exemple de baze:

NaOH -hidroxid de sodiu

KOH -hidroxid de potasiu

NH₄OH -hidroxid de amoniu

Ca(OH)₂ -hidroxid de calciu

Ba(OH)₂ -hidroxid de bariu

Proprietatile unei solutii apoase bazice

are gust lesietic, este lunecoasa la pipait;

colorantul turnesol devine albastru cand este adaugat la o solutie bazica;

reactioneaza cu o solutie acida, distrugand sau neutralizand proprietatile caracteristice ale unui acid

conduce electricitatea

Reactia dintre un acid si o baza este una din cele mai vechi reactii chimice cunoscute omului. Putem scrie o ecuatie generala pentru aceasta reactie:

Acid+Baza=Apa+Sare

Cand se incalzeste solutia, apa poate fi indepartata. Cristalizeaza din solutie un compus, numit sare. Iata cateva ecuatii care arata formarea unei sari:

HCl(aq)+NaOH(aq)=H₂O+NaCl(aq)

H₂SO₄(aq)+KOH(aq)=H₂O+KHSO₄(aq)

H₂SO₄(aq)+2KOH(aq)=2H₂O+K₂SO₄(aq)

CH₃COOH+NH₄OH(aq)=H₂O+(NH₄)(C₂H₃O₂)(aq)

Exemple de saruri:

NaCl -clorura de sodiu

KHSO₄ -sulfat acid de potasiu

K₂SO₄ -sulfat de potasiu

(NH₄)(CH₃COOH) -acetat de amoniu

AgNO₃ -azotat de argint

CaCl₂ -clorura de calciu

Acidul sulfuric H₂SO₄, reactioneaza cu o baza de tipul KOH si formeaza doua saruri diferite. Sarea normala K₂SO₄, se formeaza atunci cand 2 moli de baza reactioneaza cu un mol de acid. Sarea acida se formeaza atunci cand un mol de baza reactioneaza cu un mol de acid . KHSO₄ si K₂SO₄ sunt solide cristaline albe. Ca si NaCl cristalina, aceste saruri au o structura ionica in stare solida.

Intalnim deseori si acasa o serie de acizi si baze:sucul de lamaie isi datoreaza gustul sau acru acidului

citric;vinul contine acid tartric;otetul contine acid acetic;praful de copt contine carbonat acid de sodiu,

iar amoniacul apos contine hidroxid de amoniu.

Definitii operationale ale acizilor si bazelor

Electrolitii sunt substante care se dizolva in apa si formeaza solutii care conduc electricitatea. Clasifi-

carea electrolitilor ca acizi, baze si saruri se bazeaza pe propritatile observabile ale solutiilor.

Arrhenius a definit baza si acidul astfel:un acid este o substanta care se dizolva in apa formand ionul de hidrogen, H⁺;o baza este o substanta care formeaza ionul hidroxil, OH^-.

Cand un acid ca HCl se dizolva in apa, el se ionizeaza aproape complet. Arrhenius a numit acizii care se comporta in acest fel, acizi tari. El a reprezentat reactia chimica sub forma echilibrului :

HCl=H⁺+Cl^-  K are valoare mare

Cand acidul acetic se dizolva in apa, numai o mica fractie de molecule se ionizeaza. Un astfel de acid este denumit acid slab. Reactia de echilibru poate fi scrisa sub forma:

CH₃COOH=H⁺+CH₃COO  K are valoare mica

Cuvintele tare si slab folosite in acest sens sunt uneori confuze. Ele nu se refera la concentratia initiala a electrolitilor, ci la gradul de ionizare.

Comparatie intre acizii tari si acizii slabi

Proprietatile electrice ale fazelor condensate

Conductibilitatea electrica a unei solutii apoase depinde de cat solvit s-a dizolvat in apa si, de asemenea,

de ce fel de ioni s-au format. O solutie care contine 0,1 moli NaCl la litru prezinta o conductibilitate mai ridicata decat o solutie continand 0,01 moli NaCl la litru.

Apa este un conductor foarte slab de electricitate. In schimb cand in apa se dizolva clorura de sodiu,

sarea de bucatarie , solutia conduce mai usor curentul. Clorura de sodiu dizolvata trebuie sa fie raspunzatoare pentru acest fenomen. Cum este influentata solutia de sarea dizolvata astfel incat sarcina electrica sa se poata deplasa prin lichid?O posibilitate ar fi ca in solutia de sare se gasesc ioni. Miscarea acestor particule incarcate prin solutie ar putea fi o explicatie a curentului electric . Sarea are formulala NaCl. La fiecare atom de sodiu exista un atom de clor. Chimistii au descoperit ca in solutia de NaCL in apa exista ioni Na⁺ si ioni Cl^-. Putem scrie acest lucru prin ecuatia:

NaCl(solid)+apa=Na⁺(in apa)+Cl^-(an apa)

Solidul se dizolva formand particulele incarcate cu sarcina electrica Na⁺(aq) si Cl^-(aq). Ele se pot misca

Independent in solutie. Atractia uneia pentru cealalta este micsorata deoarece ele sunt inconjurate de multe molecule de apa. Ionii cu sarcina pozitiva sunt denumiti cationi. Ionii cu sarcina negativa sunt denemiti anioni. Curentul electric poate trece prin solutie datorita deplasarii acestor ioni. Ionii Cl^-(aq) se

Deplaseaza intr-o directie, facand ca sarcina negativa sa se miste in acest sens. Ionii Na⁺(aq) se deplaseaza in directia opusa, facand ca sarcina pozitiva sa se miste in celalalt sens. Aceste deplasari poarta sarcina prin solutie si, astfel, trece curentul electric.

Zaharul se dizolva si el in apa. Solutia nu conduce insa curentul electric mai bine decat apa pura. Tragem concluzia ca in solutia de zahar nu sunt prezente particule cu sarcina. Nu se formeaza ioni. Clorura de calciu CaCl₂, este un alt solid cristalin care se dizolva usor in apa. Solutia conduce curentul electric. Din acest punct de vedere, clorura de calciu este asemanatoare clorurii de sodiu si nu seamana cu zaharul. Cand se dizolva clorura de calciu in apa, in solutie se formeaza ioni. Ecuatia reactiei este:

CaCl(s)=Ca²⁺(aq)+2Cl^-(aq)

Caldura de reactie

Hidroxidul de sodiu solid se dizolva in apa formand o solutie apoasa de ioni:

NaOH(s)=Na⁺(aq)+OH^-(aq)+x₁kcal

Hidroxidul de sodiu solid reactioneaza cu o solutie apoasa de acid clorhidric, formand apasi o solutie apoasa de clorura de sodiu:

NaOH(s)+H⁺(aq)+Cl^-(aq)=H₂O+Na⁺(aq)+Cl^-(aq)+x₂kcal

O solutie apoasa de hidroxid de sodiu reactioneaza cu o solutie apoasa de acid clorhidric formand apa si o solutie apoasa de clorura de sodiu:

Na⁺(aq)+OH^-(aq)+H⁺(aq)+Cl^-(aq)=H₂O+Na⁺(aq)+Cl^-(aq)+x₃kcal

pH - solutii tampon

Definitie

Solutiile tampon sunt solutii de electroliti a caror prezenta se opune variatiei pH-ului atunci cand se adauga un acid sau o baza.Actiunea tampon este o consecinta a echilibrelor dintre apa,acizi slabi (HA),baze (B),amfoliti (Zą) si ioni in care se transforma aceste specii in solutie apoasa.

Datorita reversibilitatii reactiei ,adaosul de acid tare la o solutie tampon de acetat nu produce o variatie mare a pH-ului ,deoarece acidul adaugat este neutralizat de ionul de acetat ce functioneaza ca baza.Similar, un adaos de hidroxid alcalin este neutralizat de ionul de hidroniu, conducand la formare de acid acetic.

Fctorii ce modifica pH-ul solutiilor tampon

1.Efectele dilutiei(raportul dintre o cantitate de solutie si cantitatea de solvent din acea solutie)

Prin diluarea solutiei tampon se modifica atat concentratia componentelor ei cat si taria ionica, ambele efecte avand drept urmare o variatie a pH-ului.Un prim efect al dilutiei este datorat solventului amfiprotic(apa) care actioneaza , fie ca un acid slab, fie ca o baza slaba, deplasand echilibrele in sensul neutralizarii.Alt efect asupra coeficientilor de activitate , care cresc o data cu micsorarea tariei ionice prin diluare;pH-ul solutiilor tampon este mai putin influentata de dilutie decat pH-ul solutiilor de acid clorhidric.Solutiile de acizi si baze tari, desi au o capacitate de tamponare mai mare decat solutiile de acizi si baze slabe, isi schimba mai mult pH-ul la diluare decat sistemele care contin electroliti incomplet disociati.

2.Efectul de sare

Sarurile neutre produc o micsorare a coeficientilor de activitate, efectul fiind contrar celui provocat de diluare.Astfel, prin adaos de saruri neutre, pH-ul solutiilor tampon baza slaba-sare se mareste, pe cand cel al solutiilor de acid slab-sare este micsorat.In absenta unor interactiuni directe intre sarea adaugata si componenta tamponului, variatia pH-ului este cauzata in principal de influenta asupra coeficientilor de activitate si in mai mica masura datorita schimbarii raportului de tamponare.

3.Efectele variatiei temperaturii

Efectul variatiilor de temperatura asupra paH-ului(sarii) unei solutii tampon se pot gasi prin derivarea in raport cu temperatura a legii actiunii maselor, corespunzatoare cazului concret considerat.Pentru multi electroliti slabi, curbele variatiei constantei de disociere cu temperatura au o forma parabolica, cu un minim in domeniul de temperatura cuprins intre 0sC si 60sC.Minimul acesta este in general deplasat catre temperatura de 60C, o data cu descresterea tariei acidului sau catre 0 C cand descreste taria bazei.

4.Efectul presiunii

Echilibrele in solutie sunt mult mai putin influentate de variatiile presiunii decat de variatiile temperaturii. In consecinta, modificarea paH-ului solutiilor tampon, cauzata de schimbarile presiunii barometrice, poate fi neglijata. Totusi, cand variatiile sunt foarte mari, de ordinul a sute de atmosfere, modificarile paH-ului sunt sesizabile datorita variatiilor de volum rezultate din fenomenul de electrostrictiune al dizolvantului.Acest fenomen, este cu atat mai puternic cu cat creste sarcina ionica si descreste marimea razelor ionilor.

Solutii tampon etalon

Standarde primare.

Importanta masurilor de pH in diferite domenii a dus la standardizarea metodelor in tari ca Anglia, Japonia si U.S.A.In esenta, recomandarile facute de I.U.P.A.C in 1959 pentru adoptatea une scari internationale de pH ar fi urmatoarele:

. simbolul pH(X) se refera la valoarea practica a pH-ului determinat experimental.Valorile standard, bazate pe activitatea conventionala a ionului de hidrogen se noteaza cu paH sau pH(S);

. scara de pH este realizata prin adoptarea uneia sau mai multor standarde primare;

. determinarea pH(S)-ului solutiilor standard primare se face dupa procedeul elaborat de Biroul National de Standarde American.

Definitia operationala a pH-ului, implica utilizarea unor solutii standard de pH(S) cunoscut.Considerentul constantei potentialului de jonctiune lichida impune anumite conditii acestor standarde:sa fie solutii apoase, cu tarie ionica mai mica de 0,1 si sa aiba pH(S)-ul cuprins intre valorile de2,5 si 11,5pH.Este important ca temperatura, schimbarea concentratiei (prin dilutie sau evaporare) sau contaminarea accidentala cu baze sau acizi tari sa nu modifice mult pH(S)-ul solutiei standard.din aceste motive, standardele primare sunt solutii tampon, alese astfel incat sa indeplineasca toate conditiile amintite.Pentru alegerea unei solutii tampon ca standard primar, trebuie mai intai sa se determine cu precizie valoarea pH(S)-ului sau si sa se studieze caracteristicile ei tampon.

Standarde secundare

Cu ajutorul standardelor primare se pot face masuri directe ale valorilor pH numai in solutii apoase diluate de aciditati mijlocii.constanta valorii potentialului de jonctiune intre cele doua operatii de etalonare si masura a pH-ului este totusi asigurata si in alte medii, daca tamponul cu care se face etalonarea este apropiat ca pH, tarie ionica si solvent, de solutia al carui pH trebuie masurat.Aceste solutii tampon, desi au mai putine calitati si o aplicabilitate mai restransa ca standardele primare, sunt mai potrivite totusi pentru standardizarea masurilor de pH in medii cu caracteristici asemanatoare lor, deci pot constitui standarde secundare.Pana in prezent, ca standarde secundare au fost adoptate pentru solutii apoase hidroxidul de calciu saturat la 25s C si tetroxalatul de potasiu 0,05m.

In practica sunt necesare si masurari ale pH -ului pentru solutii mai concentrate, cu o tarie ionica mai mare de 0 (limita impusa pentru etalonarea cu solutiile standard primare).Pentru masuri directe de pH, neafectate de variatia potentialului de jonctiune lichida, este necesara constituirea

unei scari de solutii tampon cu tarie ionica ridicata.In aceasta situatie, metoda preconizata de B.N.S. American, fiind limitata la tarii ionice mai mici de 0,1, nu mai poate fi utilizata pentru determinarea paH-urilor unor astfel de solutii.La baza scarii de pH realizata in medii concentrate, sta teoria activitatii compensate a lui G.Valensi.Conform acestei teorii,introducerea notiunii de activitate compensata face ca atat relatiile termodinamice cat si notiunea de pH sa-si pastreze semnificatia in astfel de medii.

Amestecuri tampon

In multe echilibre influentate de pH, este necesar ca valoarea aciditatii sa fie mentinuta constanta.Acest lucru se poate realiza adaugand in solutia respectiva un amestec tampon cu caracteristici convenabil alese scopului urmarit.In primul rand trebuie ca substantele din care este alcatuit tammonul sa fie compatibile cu mediul, adica sa nu duca la reactii secundare de precipitare,complexare,redox etc.Desigur, amestecul tampon trebuie ales astfel ca sa fixeze valoarea pH-ului solutiei la valoarea dorita.In acest sens, este necesar ca tamponul sa aiba o capacitate de tamponare ridicata si un coeficient de dilutie mic, pentru a nu se modifica mult pH-ul la introducerea lui in solutie.Pentru aceste motive, gama de amestecuri tampon este variata si in general solutiile sunt mai concentrate.Ele sunt mai putin potrivite ca solutii standard, dar foarte utile pentru controlul pH-ului.

Utilizarea solutiilor tampon

Solutiile tampon servesc pentru atingerea a doua scopuri:

. masurarea pH-ului unei solutii etalonata in prealabil cu o solutie tampon standard;

. fixarea activitatii ionolui de hidrogen la o anumita valoare, prin adaosul direct de tampon in solutie.

Alegerea unui standard pentru etalonare implica intai stabilirea aproximativa a pH-ului, tariei ionice si compozitiei mediului al carui pH trebuie masurat.Pe baza datelor initiale, completate eventual si cu masuri asupra conductibilitatii soloutiei, se alege cel mai potrivit standard din anexa. In acest fel se asigura o variatie minima a potentialului de jonctione si deci o precizie ridicata a valorilor pH masurate.

Introducerea de substanta tampon in solutie pentru a fixa nivelul activitatii ionului de hidrogen la o anumita valoare, pune si problema compatibilitatii substantei respective cu mediul. In privinta caracteristicilor ce trebuie vizate, acestea depind de conditia si evolutie ulterioara a mediului respectiv.Astfel,daca se face diluarea mediulu, tamponul ales trebuie sa aiba un indice de dilutie mic; daca vor fi variatiimari de temperatura, coeficientul de temperatura trebuie sa fie mic.Pentru controlul unei reactii acid-baza trebuie ales un tampon cu capacitate mare de tamponare, pe cand daca este vorba de un mediu puternic salin, se cauta un amestec tampon mai putin influentat de efectul de sare. Atingerea acestor scopuri diferite se poate face deoarece actualmente exista o multitudine de amestecuri si solutii tampon. In general acestea se obtin usor, fie prin cantarirea si dizolvarea substantelor solide, fie prin amestecul unor solutii initiale.