4.2 Sljedeća jedinica Baze
4.1

Kiseline

Moći ću:
  • prikazati ionizaciju kiselina po stupnjevima i imenovati nastale anione
  • definirati kiseline i baze po Arrheniusovoj, Brønsted-Lowryjevoj i Lewisovoj teoriji
  • razlikovati jake i slabe kiseline

Uvod

Klikom na plavi krug proučite kako su se kroz povijest mijenjale definicije kiselina i baza.

Uvod

Klikom na plavi krug proučite kako su se kroz povijest mijenjale definicije kiselina i baza.

Kiseline

Razlog kiselkastom okusu voća i povrća jest prisutnost različitih organskih kiselina u njima.

Kiseline

Razlog kiselkastom okusu voća i povrća jest prisutnost različitih organskih kiselina u njima.

Osim organskih kiselina važnu primjenu u industriji imaju i brojne anorganske kiseline.
To su primjerice sumporna ( \ce{H2SO4} ), klorovodična ( \ce{HCl} ), dušična kiselina ( \ce{HNO2} ) i druge.

Neka svojstva kiselina

Kiseline su tvari koje u vodenim otopinama povećavaju koncentraciju oksonijevih iona, H3O+.

Osim organskih kiselina važnu primjenu u industriji imaju i brojne anorganske kiseline, primjerice sumporna, klorovodična, dušična i druge.

Neka svojstva kiselina

Kiseline su tvari koje u vodenim otopinama povećavaju koncentraciju oksonijevih iona , H3O+.

Dobivanje kiselina

Kiseline koje u svojem sastavu imaju kisik (O2) nastaju reakcijom odgovarajućega nemetalnoga oksida s vodom.
To su primjerice: sumporna ( \ce{H2SO4} ), dušična ( \ce{HNO3} ), fosforna ( \ce{H3PO4} ), perklorna ( \ce{HClO4} ) i druge kiseline.

oksid nemetala \ce{->[H2O]} kiselina

Jednadžbe kemijskih reakcija dobivanja nekih kiselina:

\ce{SO3(g) + H2O(l) -> H2SO4(aq)}

\ce{N2O5(g) + H2O(l) -> 2HNO3(aq)}

\ce{P4O10(s) + 6H2O(l) -> 4H3PO4(aq)}

\ce{Cl2O7(g) + H2O(l) -> 2HClO4(aq)}

Navedeni oksidi su anhidridi odgovarajućih kiselina.
Primjerice, fosforov (V) oksid, P4O10, je anhidrid fosforne kiseline, H3PO4.

Najvažnije kiseline

Klorovodična kiselina (HCl)

Klorovodična kiselina, HCl, vrlo je korozivna i jaka kiselina.
Koncentrirana klorovodična kiselina (HCl) je 36 %-tna.

Dobivanje kiselina

Kiseline koje u svojem sastavu imaju kisik, kao na primjer sumporna, dušična, fosforna, perklorna i druge kiseline, nastaju reakcijom odgovarajućega nemetalnoga oksida s vodom.

oksid nemetala \ce{->[H2O]} kiselina

Jednadžbe kemijskih reakcija dobivanja nekih kiselina:

\ce{SO3(g) + H2O(l) -> H2SO4(aq)}

\ce{N2O5(g) + H2O(l) -> 2HNO3(aq)}

\ce{P4O10(s) + 6H2O(l) -> 4H3PO4(aq)}

\ce{Cl2O7(g) + H2O(l) -> 2HClO4(aq)}

Navedeni oksidi anhidridi su odgovarajućih kiselina, primjerice fosforov(V) oksid, \ce{P4O10} , anhidrid je fosforne kiseline, \ce{H3PO4} .

 

Najvažnije kiseline

Klorovodična kiselina

Klorovodična kiselina, \ce{HCl} , vrlo je korozivna. Koncentrirana klorovodična kiselina je 36 %-tna.

Fotografija prikazuje model molekule klorovodika načinjen od zelene kuglice klora i bijele kuglice vodika i štapića koji spaja dvije molekule.
Model molekule klorovodika načinjen od kuglica i štapića

Na temelju stečenoga znanja iz Kemije odgovorite na sljedeća pitanja:

  • Koja je vrsta veze u molekuli klorovodika (HCl)?
  • Je li dipolni moment molekula klorovodika veći (>), manji (<) ili jednak (=) nuli?
  • Koje međumolekulske interakcije postoje između molekula klorovodika (HCl)?

Klorovodična kiselinaw (HCl) = 0,3 do 0,4 %, sastojak je želučanoga soka.
Ima važnu ulogu u metabolizmu.

Na temelju stečenog znanja iz Kemije odgovorite na sljedeća pitanja:

  • Koja je vrsta veze u molekuli klorovodika?
  • Je li dipolni moment molekula klorovodika veći, manji ili jednak nuli?
  • Koje međumolekulske interakcije postoje između molekula klorovodika?

Klorovodična kiselina masenoga udjela od 0,3 % do 0,4 % sastojak je želučanoga soka i ima važnu ulogu u metabolizmu.

U svakodnevnom životu klorovodična kiselina (HCl) naziva se i solna kiselina jer se može dobiti iz kuhinjske soli.
Dobivanje klorovodične kiseline (HCl) iz kuhinjske soli prikazano je jednadžbom kemijske reakcije:

\ce{NaCl(s) + H2SO4(aq) -> HCl(g) + NaHSO4(aq)}
Reakcijom natrijeva klorida (NaCl) i koncentrirane sumporne kiseline (H2SO4) razvija se klorovodik (HCl).

Reakcijom klorovodika (HCl) s vodom nastaje klorovodična kiselina.

\ce{HCl(g) + H2O(l) -> H3O+(aq) + Cl-(aq)}

U svakodnevnom životu klorovodična kiselina naziva se i solna kiselina jer se može dobiti iz kuhinjske soli, kako je prikazano jednadžbom kemijske reakcije.

\ce{NaCl(s) + H2SO4(aq) -> HCl(g) + NaHSO4(aq)}

Reakcijom natrijeva klorida i koncentrirane sumporne kiseline razvija se klorovodik.

Reakcijom klorovodika s vodom nastaje klorovodična kiselina.

\ce{HCl(g) + H2O(l) -> H3O+(aq) + Cl-(aq)}

Fotografija prikazuje reakciju klorovodika s vodom pri čemu nastaje klorovodična kiselina. Klorovodik je prikazan velikom zelenom i jednom manjom bijelom. Voda je prikazana s dvije bijele i jednom crvenom kuglicom. Iznad molekula je formulom prikazan proces reakcije.

Molekule klorovodika (HCl) predaju protone (H+) molekulama vode.

Nastaju oksonijevi ioni, H3O+ i kloridni ioni, Cl.

Opisana reakcija primjer je elektrolitičke ionizacije.

Molekule klorovodika predaju protone, \ce{H+} , molekulama vode, pri čemu nastaju oksonijevi ioni, \ce{H3O+} , i kloridni ioni, \ce{Cl-} . Opisana reakcija primjer je elektrolitičke ionizacije.

Fotografija prikazuje kalotni model i strukturnu formulu oksonijeva iona. Model molekule prikazan je u obliku trostrane piramide koja se sastoji od jedne velike crvene i tri manje bijele kuglice. Pored modela je prikazana strukturna formula.
Kalotni model i strukturna formula oksonijeva iona

Oksonijev ion, \ce{H3O+} , ima oblik trostrane piramide.

Nositelj je kiselih svojstava kiselina.

Klorovodična kiselina (HCl) jaka je monoprotonska kiselina jer u vodi potpuno ionizira.

Soli klorovodične kiseline nazivaju se kloridi.

Klorovodična kiselina (HCl) upotrebljava se u proizvodnji:

  • mnogih anorganskih i organskih spojeva
  • metalurgiji
  • industriji boja, tekstilnoj industriji i drugo.

Dušična kiselina

Čista dušična kiselina, HNO3, (100%-tna) bezbojna je hlapljiva tekućina neugodnog mirisa.

Na zraku se pod utjecajem svjetlosti raspada, zbog čega se čuva u tamnim bocama.

Proizvodi se u velikim količinama iz amonijaka (NH3).

Na tržištu se može naći kao 50 – 68 %-tna vodena otopina.

Oksonijev ion, \ce{H3O+} , ima oblik trostrane piramide i nositelj je kiselih svojstava kiselina.

Klorovodična kiselina jaka je monoprotonska kiselina jer u vodi potpuno ionizira.

Soli klorovodične kiseline nazivaju se kloridi.

Klorovodična kiselina upotrebljava se u proizvodnji mnogih anorganskih i organskih spojeva, metalurgiji, industriji boja i tekstilnoj industriji i drugog.

Dušična kiselina

Čista dušična kiselina,  \ce{HNO3} , (100 %-tna) bezbojna je hlapljiva tekućina neugodna mirisa. Na zraku se pod utjecajem svjetlosti raspada, zbog čega se čuva u tamnim bocama. Proizvodi se u velikim količinama od amonijaka. Na tržištu se može naći kao 50 – 68 %-tna vodena otopina.

Fotografija prikazuje model molekule dušične kiseline sačinjene od kuglica i štapića, u sredini je jedna plava, oko nje su štapićima povezane tri crvene i jedna bijela kuglica.
Model molekule dušične kiseline načinjen od kuglica i štapića

Dušična kiselina (HNO3) jaka je monoprotonska kiselina.
U vodi potpuno disocira.

  \ce{HNO3(aq) + H2O(l) -> H3O+(aq)} {+} \ce{NO3-(aq)}
    ↓
nitratni ion

Soli dušične kiseline nazivaju se nitrati.
Uporaba dušične kiseline ( \ce{HNO3} ) vrlo je raznovrsna.
Upotrebljava se za:

  • dobivanje različitih nitratnih soli
  • nitriranje organskih spojeva, u industriji boja
  • u farmaceutskoj industriji
  • u proizvodnji umjetnih gnojiva i drugo.

Sumporna kiselina

Sumporna kiselina, H2SO4, jedna je od industrijski najvažnijih kiselina.

Čista sumporna kiselina uljasta je, bezbojna, gusta, vrlo higroskopna tekućina.

Higroskopne tekućine drugim tvarima oduzimaju vodu.

Koncentrirana je kiselina od 96 do 98%-tna, slabo ionizirana.

Dodatkom vode ionizacija se povećava.

Dušična kiselina jaka je monoprotonska kiselina koja u vodi potpuno ionizira.

  \ce{HNO3(aq) + H2O(l) -> H3O+(aq)} {+} \ce{NO3-(aq)}
   ↓
nitratni ion

Soli dušične kiseline nazivaju se nitrati.

Uporaba dušične kiseline vrlo je raznovrsna. Upotrebljava se za dobivanje različitih nitratnih soli, nitriranje organskih spojeva, u industriji boja, farmaceutskoj industriji, u proizvodnji umjetnih gnojiva i drugo.

Sumporna kiselina

Sumporna kiselina,  \ce{H2SO4} , jedna je od industrijski najvažnijih kiselina. Čista sumporna kiselina uljasta je, bezbojna, gusta, vrlo higroskopna tekućina. Koncentrirana je kiselina 96 do 98 %-tna, slabo ionizirana, ali se uz dodatak vode ionizacija povećava.

Kiseline koje sadrže više (>) od jednoga protona jesu poliprotonske kiseline koje postupno ioniziraju u vodi.

Sumporna kiselina ( \ce{H2SO4} ) jaka je diprotonska kiselina koja u vodenim otopinama disocira u dva stupnja:


I. stupanj

  \ce{H2SO4(aq) + H2O(l) -> H3O+(aq)} {+} \ce{HSO4–(aq)}
   ↓
hidrogensulfatni ion

II. stupanj

  \ce{H2SO4-(aq) + H2O(l) -> H3O+(aq)} {+} \ce{SO4^{2-}(aq)}
sulfatni ion

zbirna reakcija:

\ce{H2SO4(aq) + 2H2O(l) -> 2H3O+(aq) + SO4^{2-}(aq)}

Soli sumporne kiseline ( \ce{H2SO4} ) su hidrogensulfati i sulfati.

Uporaba sumporne kiseline ( \ce{H2SO4} ) vrlo je raznovrsna.

Upotrebljava se u proizvodnji :
plastičnih masa, umjetnih gnojiva, papira, boja i pigmenata, sapuna, deterdženata i drugdje.

 

Kiseline koje sadržavaju više od jednoga protona jesu poliprotonske kiseline koje postupno ioniziraju u vodi.

Sumporna kiselina je jaka diprotonska kiselina koja u vodenim otopinama ionizira u dva stupnja:


I. stupanj

  \ce{H2SO4(aq) + H2O(l) -> H3O+(aq)}    {+} \ce{HSO4–(aq)}
   ↓
hidrogensulfatni ion

II. stupanj

  \ce{H2SO4-(aq) + H2O(l) -> H3O+(aq)} {+} \ce{SO4^{2-}(aq)}
   ↓
sulfatni ion


Soli sumporne kiseline su hidrogensulfati i sulfati.

Uporaba sumporne kiseline vrlo je raznovrsna. Upotrebljava se u proizvodnji plastičnih masa, umjetnih gnojiva, papira, boja i pigmenata, sapuna, deterdženata i drugdje.

Fosforna kiselina (H3PO4)

Fosforna kiselina, H3PO4, kristalna je tvar bez boje i mirisa.

S vodom se miješa u svim omjerima.

Na tržištu dolazi kao 85  90%-tna vodena otopina.

Fosforna kiselina

Fosforna kiselina, \ce{H3PO4} , kristalna je tvar bez boje i mirisa koja se s vodom miješa u svim omjerima. Na tržištu dolazi kao 85 – 90 %-tna vodena otopina.

Fotografija prikazuje model molekule fosforne kiseline izrađen od kuglica i štapića. U sredini se nalazi jedna naranđasta kuglica, oko nje su štapićima povezane četiri crvene kuglice te tri bijele kuglice.
Model molekule fosforne kiseline načinjen od kuglica i štapića

Fosforna kiselina (H3PO4) triprotonska je srednje jaka kiselina.

U vodi ionizira u tri stupnja.

Srednje jake kiseline one su kiseline za koje je karakteristično da ne ioniziraju potpuno u vodi (manji dio molekula kiseline ostaje neioniziran).

I. stupanj

  \ce{H3PO4(aq)} {+} \ce{H2O(l) <=> H3O+(aq) + H2PO4-(aq)}
        ↓
dihidrogenfosfatni ion


II. stupanj

  \ce{H2PO4-(aq)} {+} \ce{H2O(l) <=> H3O+(aq) + HPO4^{2-}(aq)}
           ↓
hidrogenfosfatni ion


III. stupanj

  \ce{HPO4^{2-}(aq)} {+} \ce{H2O(l) <=> H3O+(aq) + PO4^{3-}(aq)}
     ↓
fosfatni ion

 

Ionizacija fosforne kiseline (H3PO4) reverzibilna je reakcija jer fosforna kiselina (H3PO4) ne ionizira potpuno.

Soli fosforne kiseline su:

  1. dihidrogenfosfati
  2. hidrogenfosfati
  3. fosfati.

Fosforna kiselina (H3PO4) upotrebljava se:

  • u prehrambrenoj inustriji (za zakiseljavanje hrane i pića)
  • za proizvodnju sapuna i deterdženata
  • u proizvodnji gnojiva.

Octena kiselina (CH3COOH)

Octena kiselina, CH3COOH, slaba je organska kiselina.
Organske kiseline sadržavaju karboksilnu funkcionalnu skupinu, COOH.

Fosforna kiselina je triprotonska, srednje jaka kiselina koja u vodi ionizira u tri stupnja. Srednje jake kiseline one su kiseline za koje je karakteristično da ne ioniziraju potpuno u vodi (manji dio molekula kiseline ostaje neioniziran).

 

I. stupanj

  \ce{H3PO4(aq)} {+} \ce{H2O(l) <=> H3O+(aq) + H2PO4-(aq)}
            ↓
dihidrogenfosfatni ion


II. stupanj

  \ce{H2PO4-(aq)} {+} \ce{H2O(l) <=> H3O+(aq) + HPO4^{2-}(aq)}
          ↓
hidrogenfosfatni ion


III. stupanj

  \ce{HPO4^{2-}(aq)} {+} \ce{H2O(l) <=> H3O+(aq) + PO4^{3-}(aq)}
        ↓
fosfatni ion

 


Ionizacija fosforne kiseline reverzibilna je reakcija jer fosforna kiselina ne ionizira potpuno.

Soli fosforne kiseline su dihidrogenfosfati, hidrogenfosfati i fosfati.

Fosforna kiselina upotrebljava se u prehrambrenoj inustriji (za zakiseljavanje hrane i pića), za proizvodnju sapuna i deterdženata i u proizvodnji gnojiva.

Octena kiselina

Octena kiselina, \ce{CH3COOH} , slaba je organska kiselina. Organske kiseline sadržavaju karboksilnu funkcijsku skupinu, \ce{\bond{1} COOH} .

Fotografija prikazuje model molekule octene kiseline izrađen od kuglica i štapića. Molekula je izrađena od dvije sive, dvije crvene i četiri bijele kuglice. Crvene kuglice su povezane štapićima uz jednu sivu kuglicu, tri bijele kuglice su povezane uz drugu sivu kuglicu. Četvrta bijela kuglica štapićem je povezana uz jednu crvenu kuglicu.
Model molekule octene kiseline načinjen od kuglica i štapića

Slabe kiseline u vodenim otopinama vrlo slabo ioniziraju.
Stoga je ravnoteža u reakciji ionizacije pomaknuta na stranu molekulskoga oblika kiseline.

\ce{CH3COOH(aq) + H2O(l) <=> H3O+(aq)} {+} \ce{CH3COO-(aq)}
     ↓
acetatni ion

Soli octene kiseline nazivaju se acetati.

Jake i slabe kiseline

Kiseline se razlikuju po jakosti.

Jake su kiseline primjerice:

perklorna, HClO4 i dušična, HNO3 .

Slabe su kiseline primejrice:

octena, CH3COOH i fluorovodična, HF.

Jake kiseline

Za vrlo jake kiseline karakteristično je da su potpuno ionizirane u vodenim otopinama.

Koncentracije oksonijevih iona (H3O+) jednake su (=) koncentracijama kiselina.


\ce{HNO3(aq) + H2O(l) -> H3O+(aq) + NO3-(aq)}

c(\ce{H3O+})= c(\ce{HNO3})

\ce{HClO4(aq) + H2O(l) -> H3O+(aq) + ClO4-(aq)}

c(\ce{H3O+})= c(\ce{HClO4})

Za neku hipotetsku jaku kiselinu HA jednadžba ionizacije glasi:

\ce{HA(aq) + H2O(l) -> H3O+(aq) + A-(aq)}

Slabe kiseline u vodenim otopinama vrlo slabo ioniziraju pa je ravnoteža u reakciji ionizacije pomaknuta na stranu molekulskoga oblika kiseline.

 

  \ce{CH3COOH(aq) + H2O(l) <=> H3O+(aq)} {+} \ce{CH3COO-(aq)}
     ↓
acetatni ion

Soli octene kiseline nazivaju se acetati.

Jake i slabe kiseline

Kiseline se razlikuju po jakosti. Jake su kiseline primjerice perklorna, \ce{HClO4} , i dušična, \ce{HNO3} , a slabe octena, \ce{CH3COOH} , i fluorovodična, \ce{HF} .

 

Jake kiseline

Za vrlo jake kiseline karakteristično je da su potpuno ionizirane u vodenim otopinama pa su koncentracije oksonijevih iona jednake koncentracijama kiselina.


\ce{HNO3(aq) + H2O(l) -> H3O+(aq) + NO3-(aq)}

c(\ce{H3O+})= c(\ce{HNO3})

\ce{HClO4(aq) + H2O(l) -> H3O+(aq) + ClO4-(aq)}

c(\ce{H3O+})= c(\ce{HClO4})

Za neku hipotetsku jaku kiselinu HA jednadžba ionizacije glasi:

\ce{HA(aq) + H2O(l) -> H3O+(aq) + A-(aq)}
Fotografija prikazuje shematski prikaz ionizacije jake kiseline.
Shematski prikaz ionizacije jake kiseline

Reakcije ionizacije jakih kiselina su ireverzibilne.

Slabe kiseline

Slabe kiseline ne ioniziraju potpuno u vodenim otopinama.

Reakcija ionizacije je povratna.
Ravnoteža je pomaknuta u smjeru reaktanata, dakle u smjeru neioniziranih molekula kiseline.


\ce{HF(aq) + H2O(l) <=> H3O+(aq) + F-(aq)}

\ce{CH3COOH(aq) + H2O(l) <=> H3O+(aq) + CH3COO-(aq)}

Reakcije ionizacije jakih kiselina su ireverzibilne.

 

Slabe kiseline

Slabe kiseline ne ioniziraju potpuno u vodenim otopinama. Reakcija ionizacije je povratna, a ravnoteža je pomaknuta u smjeru reaktanata, dakle u smjeru neioniziranih molekula kiseline.
 


\ce{HF(aq) + H2O(l) <=> H3O+(aq) + F-(aq)}

\ce{CH3COOH(aq) + H2O(l) <=> H3O+(aq) + CH3COO-(aq)}

Fotografija prikazuje shematski prikaz ionizacije slabe kiseline.
Shematski prikaz ionizacije slabe kiseline

Jednadžba ionizacije neke hipotetske slabe kiseline:

\ce{HA(aq) + H2O(l) <=> H3O+(aq) + A-(aq)}

Konstanta ravnoteže (Kc) za reakciju ionizacije računana na temelju koncentracija dana je izrazom:

K_{c} = \dfrac{[\ce{H3O+}][\ce{A-}]}{[\ce{HA}] \cdot x(\ce{H2O})}

Za razrijeđene vodene otopine voda se ne iskazuje množinskom koncentracijom (c).

Iskazuje se množinskim udjelomx (H2O).

Za jako razrijeđene otopine x (H2O)  1.

 

Pomnožimo (•) li obje strane s množinskim udjelom (x) vode koji je praktično konstantan, na desnoj strani jednadžbe množinski udio (x) vode poništit će se.

Dobit ćemo izraz za konstantu ionizacije kiseline, K_{\textrm{a}} (engl. acid – kiselina).

K_{\textrm{a}} =K_{\textrm{c}}\cdot[\ce{H2O}] = \dfrac{[\ce{H3O+}][\ce{A-}]}{[\ce{HA}]}

Stupanj ionizacije kiselina, \alpha , omjer je broja ioniziranih molekula i ukupnoga broja molekula.

Ovisi o:

  1. prirodi elektrolita
  2. koncentraciji
  3. temperaturi.

Vrijednost stupnja ionizacije (α) kreće se od 0 do 1 ili od 0 do 100 %.

Bezdimenzijska je veličina.

\alpha = \dfrac{\textrm{broj ioniziranih molekula}}{\textrm{ukupan broj molekula}}

Za slabe kiseline vrijedi:

[\ce{H3O+}] = \alpha\cdot [\ce{HA}]

[\ce{H3O+}] = \sqrt{K_{\textrm{a}}\cdot [\ce{HA}]}

Mjera za jakost kiselina je vrijednost konstante ionizacije, K_{\textrm{a}} , kao i stupanj ionizacije, \alpha .

Kiselina je jača što je vrijednost njezine konstante ionizacije (Ka) veća (>) ili što je veći (>) stupanj ionizacije (α).

Prema vrijednostima konstanata ionizacije (Ka) kiseline možemo podijeliti na:

  • vrlo jake 10^{3} < K_{\textrm{a}} < 10^{9}
  • jake 10^{-2} < K_{\textrm{a}} < 10^{3}
  • slabe 10^{-7} < K_{\textrm{a}} < 10^{-2}
  • vrlo slabe K_{\textrm{a}} < 10^{-7}

Jednadžba ionizacije neke hipotetske slabe kiseline:

 

\ce{HA(aq) + H2O(l) <=> H3O+(aq) + A-(aq)}

 

Konstanta ravnoteže za reakciju ionizacije slabe kiseline dana je izrazom:

 

K_{c} = \dfrac{[\ce{H3O+}][\ce{A-}]}{[\ce{HA}] \cdot x(\ce{H2O})}

 

Za razrijeđene vodene otopine voda se ne iskazuje množinskom koncentracijom, već množinskim udjelom, x(\ce{H2O}) . Za jako razrijeđene otopine  x(\ce{H2O}) \approx 1 .

 

Pomnožimo li obje strane s množinskim udjelom vode, na desnoj strani jednadžbe množinski će se udio vode poništiti pa ćemo dobiti izraz za konstantu ionizacije kiseline, K_{\textrm{a}} (engl. acid – kiselina).

 

K_{\textrm{a}} = K_{\textrm{c}}\cdot x(\ce{H2O}) = \dfrac{[\ce{H3O+}][\ce{A-}]}{[\ce{HA}]}

 

K_{\textrm{a}} = \dfrac{[\ce{H3O+}][\ce{A-}]}{[\ce{HA}]}

 

Stupanj ionizacije kiselina, \alpha , omjer je broja ioniziranih molekula i ukupnog broja molekula. Ovisi o prirodi i  koncentraciji elektrolita, kao i o temperaturi. Vrijednost stupnja ionizacije iznosi od 0 do 1 ili od 0 do 100 % i bezdimenzijska je veličina.

\alpha = \dfrac{\textrm{broj ioniziranih molekula}}{\textrm{ukupan broj molekula}}

 

Za slabe kiseline vrijedi:

[\ce{H3O+}] = \alpha\cdot [\ce{HA}]

[\ce{H3O+}] = \sqrt{K_{\textrm{a}}\cdot [\ce{HA}]}

 

Mjera za jakost kiselina jest vrijednost konstante ionizacije, K_{\textrm{a}} , kao i stupanj ionizacije, \alpha .

Kiselina je jača što je vrijednost njezine konstante ionizacije veća ili što je veći stupanj ionizacije.

Prema vrijednostima konstanata ionizacije kiseline možemo podijeliti na:

  • vrlo jake 10^{3} < K_{\textrm{a}} < 10^{9}
  • jake 10^{-2} < K_{\textrm{a}} < 10^{3}
  • slabe 10^{-7} < K_{\textrm{a}} < 10^{-2}
  • vrlo slabe K_{\textrm{a}} < 10^{-7}

Tablica 1. Podjela kiselina prema jakosti
Jake kiseline Slabe kiseline
formula i ime kiseline naziv iona formula i ime kiseline naziv iona
\ce{HClO4}
perklorna
\ce{ClO4-}
perklorni
\ce{HF}
fluorovodična
\ce{F-}
fluoridni
\ce{HI}
jodovodična
\ce{I-}
jodidni
\ce{HCOOH}
mravlja
\ce{HCOO-}
formijatni
\ce{HBr}
bromovodična
\ce{Br-}
bromidni
\ce{CH3COOH}
octena
\ce{CH3COO-}
acetatni
\ce{H2SO4}
sumporna
\ce{SO4^{2-}}
sulfatni
\ce{H2CO3}

ugljična

\ce{CO3^{2-}}
karbonatni
\ce{HCl}
klorovodična
\ce{Cl-}

kloridni

\ce{H2S}
sumporovodična
\ce{S^{2-}}
sulfidni
\ce{HNO3}
dušična
\ce{NO3-}
nitratni
\ce{HCN}
cijanovodična
\ce{CN-}
cijanidni

Riješeni primjer 1.

Izračunajte množinsku koncentraciju (c) oksonijevih iona (H3O+) u vodenoj otopini sumporne kiseline (H2SO4).

Množinska koncentracija (c) sumporne kiseline (H2SO4) iznosi 0,00250 mol dm-3.

 


Zadano je:
c  (\ce{H2SO4}) = \pu{2,50E-3 mol dm-3}
Traži se:
c (\ce{H3O+}) = ?

 

Korak 1.

Ionizacija sumporne kiseline (H2SO4):

\ce{H2SO4(aq) + 2H2O(l) -> 2H3O+(aq) + SO4^{2-}(aq)}

Iz reakcije ionizacije sumporne kiseline (H2SO4) vidljivo je da je koncentracija (c) oksonijevih iona (H3O+) dvaput veća od koncentracije (c) kiseline.


c (\ce{H3O+}) = 2c(\ce{H2SO4})
c (\ce{H3O+}) = 2\cdot\pu{2,50E-3 mol dm-3} = \pu{5,00E-3 mol dm-3}
c (\ce{H3O+}) = \pu{5,00E-3 mol dm-3}

 

Odgovor:

Množinska koncentracija (c) oksonijevih iona (H3O+) iznosi 5,00×10−3 mol dm−3.

Riješeni primjer 1.

Izračunajte množinsku koncentraciju oksonijevih iona u vodenoj otopini sumporne kiseline množinske koncentracije \pu{0,00250 mol dm-3} .

Zadano je:

c(\ce{H2SO4}) = \pu{2,50E-3 mol dm-3}

Traži se:

c(\ce{H3O+}) = ?

Izradak:

Korak 1.

Ionizacija sumporne kiseline:

\ce{H2SO4(aq) + 2H2O(l) -> 2H3O+(aq) + SO4^{2-}(aq)}

 

Iz reakcije ionizacije sumporne kiseline vidljivo je da je koncentracija oksonijevih iona dvaput veća od koncentracije kiseline.

c(\ce{H3O+}) = 2c(\ce{H2SO4})

c(\ce{H3O+}) = 2\cdot\pu{2,50E-3 mol dm-3} = \pu{5,00E-3 mol dm-3}

Odgovor:

Množinska koncentraciju oksonijevih iona je \pu{5,00E-3 mol dm-3} .

Riješeni primjer 2.

Izračunajte množinsku koncentraciju (c) oksonijevih iona (H3O+).
Izračunajte stupanj ionizacije (α) dušikaste kiseline (HNO2) množinske koncentracije (c) 0,400 mol/L.
Konstanta ionizacije (Ka) dušikaste kiseline (HNO2) iznosi 4,0×10−4 mol dm−3 pri 25 °C.

Zadano je:

Ka (\ce{HNO2}) = \pu{4,0E-4 mol dm-3}
c (\ce{HNO2}) = \pu{0,400 mol dm-3}

Traži se:
c (\ce{HNO2}) = ?
α = ?

Ionizacija dušikaste kiseline:

\ce{HNO2(aq) + H2O(l) <=> H3O+(aq) + NO2-(aq)}

2. korak

Zadana je konstanta ionizacije kiseline, Ka.

Značenje joj je sljedeće:

K_{\textrm{a}} = \dfrac{[\ce{H3O+}][\ce{NO2-}]}{[\ce{HNO2}]}

3. korak

Izračunati ravnotežne koncentracije H3O+ i NO2 iona koristeći se zadanom konstantom ionizacije kiseline, Ka, i sljedećom shemom:

Tablica 1. Ravnotežne koncentracije

\ce{HNO2(aq) + H2O(l) <=> H3O+(aq) + NO2-(aq)}
početna koncentracija /mol/L \pu{0,400 mol dm-3} 0 0
promjena -x +x +x
ravnotežna koncentracija /mol/L \pu{0,400} – x x x

Iz tablice se vidi da vrijedi [H3O+] = [NO2] = x.

To se može, zajedno s konstantom, uvrstiti u jednadžbu:


K_{\textrm{a}} = \dfrac{[\ce{H3O+}][\ce{NO2-}]}{[\ce{HNO2}]} = \dfrac{x\cdot x}{\pu{0,400 mol dm-3} – x}

\pu{4,0E-4 mol dm-3} = \dfrac{x^2}{\pu{0,400 mol dm-3} – x}

i preurediti u oblik:

\dfrac{x^2}{\pu{0,400 mol dm-3} – x} = \pu{4,0E-4 mol dm-3}


Zbog vrlo maloga broja molekula slabe kiseline može se pretpostaviti da je

\pu{0,400 mol dm-3} – x \approx \pu{0,400}

pa vrijedi:

\dfrac{x^2}{\pu{0,400 mol dm-3}} = \pu{4,0E-4 mol dm-3}

Na kraju imamo kvadratnu jednadžbu:

x^{2} = \pu{4,0E-4 mol dm-3}\cdot \pu{4,0E-1 mol dm-3} = \pu{16E-5 mol2 dm-6}

Nakon vađenja drugoga korijena dobije se:

x = \pu{0,0126 mol dm-3}

To znači da je

[\ce{H3O+}] =[\ce{NO2-}] = \pu{0,0126 mol dm-3}

Odgovor:

Množinska koncentracija oksonijevih iona c (\ce{H3O+}) = \pu{0,0126 mol dm-3} .

4. korak

Izračuna se stupanj ionizacije (α):

 

\alpha = \dfrac{[\ce{NO2-}]}{[\ce{HNO2}]}
\alpha = \dfrac{\pu{0,0126 mol/L}}{\pu{0,400 mol/L}}\cdot 100
\alpha= \pu{3,2 \%}

Odgovor:

Stupanj ionizacije slabe dušikaste kiseline (HNO2) pri 25 °C je α = 3,2 %

Prema tome samo 3,2 % molekula dušikaste kiseline (HNO2) u otopini ionizira na H3O+ i NO2 ione.

 96,8 % dušikaste kiseline (HNO2) ostaje u molekulskom obliku.

Riješeni primjer 2.

Izračunajte množinsku koncentraciju oksonijevih iona i stupanj ionizacije dušikaste kiseline množinske koncentracije \pu{0,400 mol dm-3} . Konstanta ionizacije kiseline iznosi \pu{4,0E-4 mol dm-3} pri 25 °C.

Zadano je:

K_{\textrm{a}}(\ce{HNO2}) = \pu{4,0E-4 mol dm-3}

c(\ce{HNO2}) = \pu{0,400 mol dm-3}

Traži se:

c(\ce{H3O+}) = ?

\alpha = ?

Izradak:

1. korak

Jednadžba reakcije ionizacije dušikaste kiseline u vodenoj otopini:

\ce{HNO2(aq) + H2O(l) <=> H3O+(aq) + NO2-(aq)}

2. korak

Konstanta ionizacije kiseline, K_{\textrm{a}} , zadana je, a značenje joj je sljedeće:

 

K_{\textrm{a}} = \dfrac{[\ce{H3O+}][\ce{NO2-}]}{[\ce{HNO2}]}

3. korak

Izračunajte ravnotežne koncentracije \ce{H3O+} i \ce{NO2-}   iona služeći se sljedećom shemom:

 
\ce{HNO2} \ce{H3O+} \ce{NO2-}
početna koncentracija /

mol dm–3

\pu{0,400 mol dm-3} 0 0
promjena -x +x +x
ravnotežna koncentracija /

mol dm–3

\pu{0,400} – x x x

Iz jednadžbe ionizacije kiseline može se uočiti da su množinske koncentracije oksonijevih i nitritnih iona jednake, [\ce{H3O+}] = [\ce{NO2-}] .

U izraz za konstantu ionizacije umjesto množinskih koncentracija oksonijevih i nitritnih iona može se pisati x .

 

[\ce{H3O+}] = [\ce{NO2-}] = x


K_{\textrm{a}} = \dfrac{[\ce{H3O+}][\ce{NO2-}]}{[\ce{HNO2}]} = \dfrac{x\cdot x}{\pu{0,400 mol dm-3} – x}

\pu{4,0E-4 mol dm-3} = \dfrac{x^2}{\pu{0,400 mol dm-3} – x}

i preurediti u oblik:

\dfrac{x^2}{\pu{0,400 mol dm-3} – x} = \pu{4,0E-4 mol dm-3}

 

Dušikasta kiselina je slaba kiselina, vrlo mali broj molekula kiseline ionizira  te se može pretpostaviti da je

\pu{0,400 mol dm-3} – x \approx \pu{0,400 mol dm-3}

te vrijedi:

\dfrac{x^2}{\pu{0,400 mol dm-3}} = \pu{4,0E-4 mol dm-3}

 

x^{2} = \pu{4,0E-4 mol dm-3}\cdot \pu{4,0E-1 mol dm-3}

 

x^{2} = \pu{16E-5 mol2 dm-6}

x = \sqrt{\pu{16E-5 mol2 dm-6}}

4. korak

Nakon što se izvadi drugi korijen iz izraza, dobije se vrijednost za x tj. vrijednost množinskih koncentracija oksonijevih i nitritnih iona:

x = \pu{0,0126 mol dm-3}

To znači da je:

[\ce{H3O+}] =[\ce{NO2-}] = \pu{0,013 mol dm-3}

Odgovor:

Množinska koncentracija oksonijevih iona iznosi c(\ce{H3O+}) = \pu{0,013 mol dm-3} .

5. korak

Izračuna se stupanj ionizacije:
 
\alpha = \dfrac{[\ce{NO2-}]}{ [\ce{HNO2}]} =
 
= \dfrac{\pu{0,013 mol dm-3}}{\pu{0,400 mol dm-3}} =
 
= \pu{0,033}

Odgovor:
 
Stupanj ionizacije slabe dušikaste kiseline pri 25 °C iznosi \alpha = \pu{3,3 \%} .
 
Prema tomu, samo 3,3 % molekula dušikaste kiseline, \ce{HNO2} , u otopini ionizira na \ce{H3O+} i \ce{NO2-} ione,
a 96,7 % ostaje u molekulskom obliku.

Klikom odaberite jedan točan odgovor.

Odaberite točan odgovor.

Izračunajte konstantu ionizacije (Ka) mravlje kiseline (HCOOH) množinske koncentracije (c) 0,10 mol/dm-3.

Ravnotežna koncentracija oksonijevih iona (H3O+) iznosi 4,2 × 10-3 mol/L.

c (HCOOH) = 0,10 mol/dm-3
⦋H3O+ = 4,2 × 10-3 mol/L
Ka (HCOOH) = ?

K_a(\ce{HCOOH})= K_c \cdot [\ce{H2O}] = \dfrac{[\ce{H3O+}] \cdot [A^-]}{[HA]}
Netočno
Točno

Klikom odaberite jedan točan odgovor.

Odaberite točan odgovor.

Množinska koncentracija (c) perklorne kiseline (HClO4) iznosi 7,5 × 10-4 mol/dm-3.
Množinska koncentracija (c) oksonijevih iona (H3O+):

Netočno
Točno
{{correctPercent}}%

Želite li pokušati ponovo?

Klikom odaberite jedan točan odgovor.

Odaberite točan odgovor.

Izračunajte konstantu ionizacije mravlje kiseline množinske koncentracije \pu{0,10 mol dm-3} ako je ravnotežna koncentracija oksonijevih iona \pu{4,2E-3 mol dm-3} .

Netočno
Točno

Klikom odaberite jedan točan odgovor.

Odaberite točan odgovor.

Množinska koncentracija perklorne kiseline, \ce{HClO4} , iznosi \pu{7,5E-4 mol dm-3} . Množinska koncentracija oksonijevih iona:

Netočno
Točno
{{correctPercent}}%

Želite li pokušati ponovo?

Jakost halogenovodičnih kiselina

Jakost kiseline ovisi o jakosti privlačne sile između jezgre atoma vodika (H2) i elektrona koji okružuje atom halogenoga elementa.

 

Jakost halogenovodičnih kiselina

Jakost kiseline ovisi o jakosti privlačne sile između jezgre atoma vodika i elektrona koji okružuje atom halogenog elementa.

Jakost halogenovodičnih kiselina raste s porastom protonskog broja atoma halogenog elementa u molekuli kiseline.

To je očekivano jer se od molekule fluorovodika (HF) prema molekuli jodovodika (HI) smanjuje energija kovalentne veze vezanih atoma.
Smanjuje se i razlika koeficijenata elektronegativnosti atoma u vezi.

H–F < H–Cl < H–Br < H–I

Budući da je veza u fluorovodičnoj kiselini, H – F, najpolarnija kovalentna veza, prema tome i najjača veza, fluorovodična kiselina (HF) najslabija je od navedenih halogenovodičnih kiselina.

Najvažnije anorganske kiseline su oksokiseline.

Oksokiseline u svojim molekulama sadržavaju jedan ili više kisikovih atoma.

Jakost oksokiselina ovisi o jakosti veze između atoma kisika i vodika, O–H, u molekuli kiseline.

Što je veza slabija, kiselina je jača.

Jakost kiselina opada u nizovima:


\ce{HClO4} > \ce{HClO3} > \ce{HClO2} > \ce{HClO}

\ce{HNO3} > \ce{HNO2}

\ce{H2SO4} > \ce{H2SO3}

Jakost halogenovodičnih kiselina raste s porastom protonskog broja atoma halogenoga elementa u molekuli kiseline. To je očekivano jer se od molekule fluorovodika prema molekuli jodovodika smanjuje energija kovalentne veze vezanih atoma, a smanjuje se i razlika koeficijenata elektronegativnosti atoma u vezi. Budući da je veza u fluorovodičnoj kiselini, H – F, najpolarnija kovalentna veza, a prema tomu i najjača veza, fluorovodična kiselina najslabija je od navedenih halogenovodičnih kiselina.

 

Najvažnije anorganske kiseline jesu oksokiseline. Oksokiseline u svojim molekulama sadržavaju jedan ili više kisikovih atoma. Jakost oksokiselina ovisi o jakosti veze između atoma kisika i vodika, \ce{O\bond{1}H} , u molekuli kiseline. Što je veza slabija, kiselina je jača.

 

Jakost kiselina opada u nizovima:


\ce{HClO4} > \ce{HClO3} > \ce{HClO2} > \ce{HClO}

\ce{HNO3} > \ce{HNO2}

\ce{H2SO4} > \ce{H2SO3}

Na kraju…

Rješavanjem interaktivnoga kviza usustavite pojmove obrađene u ovoj jedinici DOS-a.

Klikom odaberite jedan točan odgovor.

Odaberite točan odgovor.

Malati su soli:

Netočno
Točno

Klikom odaberite jedan točan odgovor.

Odaberite točan odgovor.

Ispravno napisana strukturna formula fosforne kiseline ( \ce{H3PO4} ) glasi:

Netočno
Točno

Unesite odgovore na pripadajuća mjesta.

Dopunite rečenicu.

Izračunajte volumen (V) ugljikova(IV) oksida (CO2) pri normalnim uvjetima koji nastane u reakciji 24,2 grama vapnenca (CaCO3) s klorovodičnom kiselinom (HCl) u suvišku.

V(CO2) =

dm3

Netočno
Točno

Unesite odgovore na pripadajuća mjesta.

Dopunite rečenicu.

U odmjernu tikvicu od 100 ml otpipetira se 10,0 ml sumporne kiseline (H2SO4) masene koncentracije (c) 200 g dm-3.
Tikvica se do oznake nadopuni destiliranom vodom.

Množinska koncentracija (c) tako pripremljene sumporne kiseline (H2SO4) iznosi

mol dm3.

Netočno
Točno

Unesite odgovore na pripadajuća mjesta.

Dopunite rečenicu.

Koncentrirana sumporna kiselina (H2SO4) pri 20 °C ima:

    • maseni udio (w) 60,00 % i
    • gustoću (ρ) 1,4987 g cm-3.

Izračunajte masenu (γ) i množinsku (c) koncentraciju sumporne kiseline (H2SO4).

γ ( \ce{H2SO4} ) = ?
c ( \ce{H2SO4} ) = ?

Masena (γ) i množinska koncentracija (c) sumporne kiseline (H2SO4) je:

γ(H2SO4 ) = 

g dm-3

c(H2SO4) =

mol dm-3

Netočno
Točno
{{correctPercent}}%

Želite li pokušati ponovo?

Klikom odaberite jedan točan odgovor.

Odaberite točan odgovor.

Malati su soli:

Netočno
Točno

Klikom odaberite jedan točan odgovor.

Odaberite točan odgovor.

Ispravno napisana strukturna formula fosforne kiseline je:

Netočno
Točno

Unesite odgovore na pripadajuća mjesta.

Dopunite rečenicu.

Izračunajte volumen ugljikova(IV) oksida pri normalnim uvjetima koji nastane u reakciji 24,2 g vapnenca s klorovodičnom kiselinom u suvišku.

Rješenje:

V(CO2) =

dm3

Netočno
Točno

Unesite odgovore na pripadajuća mjesta.

Dopunite rečenicu.

U odmjernu tikvicu od 100 mL odpipetira se 10,0 mL sumporne kiseline masene koncentracije \pu{200 g dm-3} . Tikvicu se do oznake nadopuni destiliranom vodom.

Rješenje:

Množinska koncentracija tako pripremljene sumporne kiseline iznosi

mol/dm3.

Netočno
Točno

Unesite odgovore na pripadajuća mjesta.

Dopunite rečenicu.

Maseni udio sumporne kiseline u vodenoj otopini je 60,00 %, a gustoća otopine \pu{1,4987 g cm-3} pri 20 °C. Izračunajte masenu i množinsku koncentraciju sumporne kiseline.

Rješenje:

γ(H2SO4 ) = 

g dm–3

c(H2SO4) =

mol dm–3

Netočno
Točno
{{correctPercent}}%

Želite li pokušati ponovo?