Tip:
Highlight text to annotate it
X
W poprzednim filmie nauczyliśmy się,
że woda pozostawiona sama sobie ulega autodysocjacji.
Spójrzmy.
Mam dwie cząsteczki wody.
Istnieje pewne prawdopodobieństwo,
że jeden z atomów wodoru odłączy się od cząsteczki wody
i przyłączy się do drugiej. Jest to proces równowagowy.
Może się okazać, że zamiast dwóch cząsteczek wody masz jon hydroniowy.
Jest jonem, ponieważ ma jeden dodatkowy proton (kation wodorwy).
Dopiszę tu plus.
I wszystko to dzieje się
w roztworze wodnym.
Więc mogę to zaznaczyć.
aq = wodny
Dopiszę aq.
Choć to raczej oczywiste,
skoro to woda, to musi być środowisko wodne.
Musi być rozpuszczona w wodzie.
Do tego dochodzi jeszcze jon hydroksylowy (inaczej: wodorotlenowy).
Ten jon powstał przez odłączenie od cząsteczki wody
protonu (kationu wodorowego).
Wiesz już, że jeśli atom wodoru
traci swój elektron, wszystko, co zostaje,
to po prostu proton.
To dzieje się też w wodzie.
Uczyliśmy się też o tym, co ludzi najbardziej interesuje.
O równowadze chemicznej
i stałej równowagi.
Ale to, co jest najbardziej interesujące,
to stężenie tego jonu.
Stężenie jonu hydroniowego.
Napiszę tę reakcję jeszcze raz.
Ominąłem to w poprzednim filmie.
Czasami reakcję autodysocjacji wody zapisuje się
w taki sposób.
Cząsteczka wody autodysocjuje
na kation wodorowy (w środowisku wodnym) i anion hydroksylowy
(też w środowisku wodnym).
To właściwie to samo, ale zapisałem to w ten sposób,
bo w sumie tak się to dzieje w rzeczywistości.
Nie ma protonów
poruszających się w wodzie niezależnie, takie protony przyłączają się
do cząsteczek wody i tworzą jony hydroniowe.
Ale koncepcja jest tu taka sama.
Ale w poprzednim filmie okazało się, że ludzie są bardzo zainteresowani
stężeniem kationów - możesz sobie wybrać
któryś z tych dwóch.
Zwyczajowo pisze się ten jon.
Ludzi interesuje stężenie
jonów wodorwych.
W poprzednim filmie uczyliśmy się o wodzie
w 25 stopniach Celsjusza, czyli w temperaturze pokojowej
Zapiszę to.
25 stopni Celsjusza.
Stężenie kationów wodorowych
w tej temperaturze
wynosi 10^(-)7 [mol/dm3].
Ponieważ chemicy nie lubią
skomplikowanych zapisów z ujemnymi wykładnikami potęg,
postanowili zdefiniować wielkość nazywaną pH.
pH to ujemny logarytm dziesiętny ze stężenia jonów wodorowych.
pH to ujemny logarytm dziesiętny ze stężenia jonów wodorowych.
W przypadku wody pH równa się
(-)log(10^-7) = 7
Wystarczy :)
Chyba widzisz teraz, że skoro ludzie podjęli taki wysiłek,
żeby wymyślić wartość pH,
to musi im naprawdę zależeć
na znajomości stężenia jonów wodorowych w różnych roztworach.
To rzeczywiście ma znaczenie - wśród ogromu różnych zagadnień
szczególnie ważne jest znaczenie biologiczne - bez przerwy
zastanawiamy się, jakie coś ma pH.
Oczywiście w poprzednim filmie
mówiłem coś o odpowiednim pH kosmetyków.
Jeśli używasz kosmetyków o pH bardzo odmiennym od pH skóry,
możesz się nabawić kłopotów.
Nie wiem, czy tak jest na 100%,
ale na pewno kryje się za tym jakaś poważna teoria.
Są więc na tym świecie substancje,
które potrafią zmieniać stężenie jonów wodorowych.
Potrafią zmieniać to stężenie.
Kiedy uczyliśmy się o regule Le Chateliera,
powiedzieliśmy, że jeśli dodamy więcej wodoru po tej stronie równania,
to równowaga przesunie się i to stężenie wzrośnie,
będziemy mieć większe stężenie jonów wodorowych.
Z drugiej strony, jeśli dodamy więcej jonów hydroksylowych,
wzrośnie stężenie jonów OH-
a stężenie jonów wodorowych nieco zmaleje.
Jeśli chcesz się dowiedzieć,
co może spowodować takie zmiany w tej reakcji,
dobrze jest poznać odpowiednie nazwy.
Te nazwy to kwasy i zasady.
Na pewno słyszałeś je już wiele razy.
Zapiszę oba te słowa.
Kwas i zasada.
Kwas i zasada.
A teraz skomplikuję nieco twoje życie.
Jest kilka różnych definicji
kwasów i zasad.
Kolejne definicje
mają coraz szersze zastosowanie i znaczenie.
Definicja, której prawdopodobnie będziesz używał najczęściej
(i którą ja mam ciągle w głowie),
mówi, że kwas to substancja,
która powoduje wzrost stężenia jonów wodorowych
w wodzie.
A zasada to substancja, która powoduje wzrost
stężenia jonów hydroksylowych w wodzie.
To jest definicja, którą będziesz spotykał w 90% przypadków,
szczególnie na początku nauki chemii.
Jest to teoria kwasów i zasad Arrheniusa.
Mam nadzieję, że dobrze zapisałem nazwisko.
Nigdy nie bierz moich zapisów
za pewnik...
Powinieneś raczej wszystko sprawdzać w słownikach,
bo nie jestem najlepszy z ortografii.
Arrhenius.
Arrhenius.
To jest kwas Arrheniusa, a to jest zasada Arrheniusa.
To może przeanalizujmy jakiś przykład.
Zaraz wymyślę przykład...
Weźmy...
Weźmy kwas chlorowodorowy (inaczej: solny).
Możesz też powiedzieć chlorowodór
w roztworze wodnym.
Kwas solny dysocjuje całkowicie.
To nie jest reakcja równowagowa.
Zapiszę to jakimś wyraźnym kolorem.
Zapiszę to jakimś wyraźnym kolorem.
Grot strzałki skierowany jest w jedną stronę.
To nie jest jedna z reakcji, które biegną w dwie strony.
Kwas solny jest mocnym kwasem.
W wodzie dysocjuje całkowicie.
Zapiszę wodór innym kolorem.
Kwas solny dysocjuje w wodzie na kation wodorowy
i anion chlorkowy.
To jest anion chlorkowy
w środowisku wodnym.
I te jony po prostu pływają w wodzie.
Czyli jeśli wpuścisz chlorowodór
do wody, spowodujesz wzrost ogólnego stężenia
jonów wodorowych w roztworze.
Tę reakcję można zapisać też
w taki sposób.
Zapiszę, żeby stało się to dla ciebie jasne.
Kwas chlorowodorowy.
Teraz innym kolorem zapiszę
wodę.
Plus H2O.
Jest to reakcja, która biegnie tylko w jedną stronę.
Reakcja w jedną stronę.
Po reakcji dostajesz - myślę, że już to rozumiesz -
dostajesz
kation hydroniowy
H3O+. Kation wodorowy przeskoczył od cząsteczki kwasu
do cząsteczki wody.
Oprócz kationu H3O+ masz tu też anion chlorkowy.
Wszystko to w środowisku wodnym.
Ten kwas jest całkowicie zdysocjowany.
W następnych filmach przyjrzymy się też takim kwasom,
które są bardziej niezdecydowane
i nie dysocjują całkowicie.
Te kwasy, które dysocjują całkowicie,
nazywamy mocnymi kwasami.
Mocny to nie jest tylko ładne określenie kwasu.
W chemii przymiotnik mocny
- np. mocny kwas - oznacza,
że coś całkowicie dysocjuje w wodzie.
W reakcji w jedną stronę.
Wszystkie mocne kwasy
mają po prostu określony charakter chemiczny.
A kwas solny jest jednym z nich.
Mamy też bromowodór.
W wodzie również tworzy mocny kwas.
Jodowodór.
Jodowodór.
Kwas azotowy.
Chyba pokazywałem ci go w poprzednim filmie.
Jeśli te substancje włożysz do wody,
ten mały kation wodorowy odłączy się
i przsyłączy do cząsteczki wody - utworzy kation hydroniowy.
Ta cząsteczka dodatkowo utworzy anion chlorkowy,
ta - też jest halogenem...
Wszystkie pozostałości utworzą jony ujemne,
aniony.
Kwas azotowy(V).
Kwas siarkowy(VI).
Pewnie już o nim słyszałeś.
To bardzo mocny kwas.
Kwas chlorowy(VII).
To wszystko są mocne kwasy.
O4.
Dobrze je zapamiętać.
Kiedy zobaczysz ich wzory na egzaminie, od razu sobie przypomnisz,
że dysocjują całkowicie.
Będziemy teraz ciągle używać słowa kwas.
Co oznacza słowo kwas?
To są mocne kwasy,
czyli dysocjują całkowicie.
Według Arrheniusa kwasy
podwyższają stężenie jonów wodorowych w roztworze.
Ponieważ kiedy włożysz te substancje do wody,
od razu zaczynają się tworzyć jony hydroniowe,
a to powoduje, że
rośnie ich stężenie.
I dlatego nazywamy je kwasami.
A teraz przejdźmy do definicji mocnych zasad.
Według Arrheniusa mocna zasada
podwyższa stężenie jonów (anionów) hydroksylowych w wodzie.
Spójrzmy na układ okresowy - na grupę I.
Mamy tu metale alkaliczne.
Metale alkaliczne w zasadach związane są z grupą OH.
Jeśli włożysz zasadę do wody, grupa hydroksylowa od razu się odłącza.
Pokażę ci to na przykładzie litu i sodu.
To są mocne zasady.
Wezmę wodorotlenek litu.
W środowisku wodnym.
W środowisku wodnym.
Wodorotlenek litu (inaczej: zasada litowa) dysocjuje całkowicie w wodzie.
Nie ma tu równowagi.
Jest to mocna zasada.
Na co dysocjuje LiOH?
Jon hydroksylowy odrywa się od LiOH.
Tutaj wstawiamy minus.
Wszystko jest w wodzie.
Plus kation litowy.
Plus kation litowy.
To zawsze będzie dysocjowało w wodzie.
To samo dzieje się w przypadku sodu.
Zasada sodowa.
W przypadku sodu jest ta sama sytuacja.
Wodorotlenek sodu w wodzie.
Reakcja w jedną stronę.
Produkuje aniony hydroksylowe i kationy sodu.
Możesz sobie teraz wyobrazić, że jeśli włożysz to do wody,
to stężenie wzrośnie.
Podobnie jak robiliśmy w przypadku reguły Le Chateliera.
Mówiliśmy, co się stanie, jeśli nagle dodasz czegoś
do układu w stanie równowagi.
W jaki sposób coś dodajesz?
W tym przypadku możesz dodać do wody
mocny kwas lub mocną zasadę.
Wszystko, co do tego momentu omówiliśmy,
to teoria Arrheniusa, w której kwasy podwyższają stężenie kationów wodorowych,
a zasady - podwyższają stężenie
jonów hydroksylowych.
Zazwyczaj będziesz się spotykał właśnie z taką definicją.
Istnieje jednak inna, nieco szersza definicja.
Nie wiem, jak to się poprawnie pisze...
Zawsze pisałem Bronsted....
Jeśli nie masz odpowiednich fontów (kroju liter), będzie to wyglądało tak:
teoria kwasów i zasad Bronsteda - Lowryego.
A poprawnie pisze się nazwisko Bronsted
z przekreślonym o.
Sam już nie wiem...
Kwas Bronsteda - Lowryego.
Wszystkie te kwasy są też kwasami Bronsteda.
Ale definicja jest uogołniona - kwas Bronsteda
to donor (dawca) protonu.
Donor protonu.
A zasada Bronsteda to akceptor (przyjmujący) protonu.
Przyjrzyjmy się tej definicji w kontekście tego, co już wiemy,
co zrobiliśmy do tej pory.
Jeśli patrzymy na definicję Bronsteda,
co jest tutaj donorem protonu?
Spójrzmy na tę reakcję,
z kwasem chlorowodorowym.
Kwas chlorowodorowy daje proton
tej cząsteczce wody.
Kation wodorowy to proton.
To ważna sprawa do zapamiętania,
atom wodoru
po utracie elektronu
staje się protonem (atom wodoru nie ma neutronu).
Ten kwas chlorowodorowy daje proton
cząsteczce wody i tworzy się
kation hydroniowy.
Czyli to również jest kwas Bronsteda.
Tak samo jak był kwasem Arrheniusa.
Sprawdźmy teraz definicję zasady Bronsteda.
OK
Zasada to coś, co akceptuje proton.
Tutaj lit jest połączony z jonem
hydroksylowym.
Jon hydroksylowy odłączył się
i zrobiła się tu mała zamiana....
Ta cząstka zaakceptowała
ten ładunek dodatni.
Tu jest taka niejasność..
Tu nikt nikomu nie dał protonu.
Możesz myśleć o tym w ten sposób,
że właściwie coś oddało elektron, a nie - przyjęło proton.
Ale spójrzmy teraz na produkt końcowy.
Lit uzyskał ładunek dodatni na koniec reakcji.
Możesz przyjąć, że może to jest zasada według terii Bronsteda.
Pewnie masz wątpliwości, po co powstała
teoria Brosteda, skoro wszystkie
kwasy i zasady Arrheniusa są jednocześnie
kwasami i zasadami Bronsteda - Lowryego.
Okazuje się, że teoria Arrheniusa
zawsze dotyczy reakcji w roztworach wodnych.
Wszystko musi być w wodzie.
Ale tutaj narysowałem przykład zasady Bronsteda.
Ona nie musi być w wodzie.
Mamy tu kwas octowy -
ten, który jest w occie.
Plus amoniak. Ta reakcja nie musi zachodzić w roztworze wodnym!
Co się dzieje w tej reakcji?
Ten wodór przechodzi
do cząsteczki amoniaku i tworzy się jon amoniowy.
To staje się dodatnie, a to - ujemne.
Kwas octowy oddał ten proton.
Teoria Arrheniusa nic by tutaj nie pomogła.
Bo teoria Arrheniusa dotyczy tylko środowiska wodnego.
Natomiast teoria Bronsteda - Lowryego
nadaje się do tej sytuacji idealnie.
Ale teraz czas na najszerszą definicję!
Chociaż wszystkie są ważne, w większości przypadków
wystarczy ci prawdopodobnie teoria Arrheniusa
i wiedza, że teoria Bronsteda - Lowryego istnieje...
Ale o tej trzeciej też dobrze wiedzieć.
Kwasy i zasady Lewisa.
Kwasy i zasady Lewisa.
Lewis zwrócił uwagę na elektrony.
Bronsted i Lowry patrzyli na protony.
Więc Lewis - zamiast powiedzieć, że kwas jest dawcą protonu -
powiedział, że kwas jest akceptorem elektronu.
Akceptor elektronu.
A zasada jest donorem (dawcą) elektronu.
Spójrzmy teraz na tę teorię w kontekście
tego, o czym mówiliśmy do tej pory.
Jeśli to rzeczywiście jest kwas,
powinien być akceptorem elektronu.
Możesz o tym myśleć w taki sposób, że
na początku kwas chlorowodorowy oddał
ten proton.
A to oznacza, że zachował elektron.
Czyli w pewnym sensie jest akceptorem elektronu.
Tu jest trochę nieoczywistości...
Bo przecież on nie wziął elektronu od kogoś innego.
Mimo to nadal rozpatrujemy go jako kwas Lewisa.
A co to jest w takim razie zasada Lewisa?
Jest donorem elektronu.
Zasada Lewisa jest donorem elektronu.
Weźmy ten przykład.
Zasada Lewisa to donor elektronu.
Wodorotlenek litu w wodzie.
Jest kilka sposobów myślenia o tym.
Możesz powiedzieć, że LiOH jest dawcą
anionu hydroksylowego, który ma ładunek ujemny.
Nie lubię tej teorii.
Dla mnie to taka naciągana droga na skróty, nie jestem fanem
tej definicji.
Jak dla mnie teoria Arrheniusa jest najsensowniejsza.
Taka najczystsza.
Tworzy się jon hydroniowy, czy nie?
Albo: tworzy się jon hydroksylowy, czy nie?
Ale żeby pokazać ci, że teoria Lewisa
jest najszerszą definicją,
przygotowałem przykład reakcji kwasu i zasady Lewisa.
Ta reakcja nie może być opisana ani teorią Bronsteda,
ani teorią Arrheniusa.
Ponieważ nie musi zachodzić w wodzie.
Mamy tu fluorek boru
i jon fluorkowy.
Ma ładunek ujemny.
Ma jeden dodatkowy elektron.
W tej sytuacji ten jon fluorkowy
może oddać dwa elektrony.
Załóżmy, że ten fluor,
to później ten.
Co się dzieje? Jon oddał dwa elektrony
i utworzył się kompleks.
Skoro jon fluorkowy jest donorem elektronów, to czym jest?
Jon fluorkowy jest tu zasadą.
Jest zasadą Lewisa.
A akceptor elektronu jest kwasem Lewisa.
Czyli to tutaj, to kwas Lewisa.
Dobrze jest wiedzieć, że takie teorie istnieją.
Szczególnie po to, żeby w przyszłości nie być zaskoczonym.
Ale na początku nauki chemii
dobra znajomość teorii Arrheniusa
powinna wystarczyć.
Tak szczerze mówiąc, według mnie
teoria Arrheniusa jest najprostsza.
A dodatkowo dotyczy bardzo wielu reakcji,
w których zmagasz się ze zmianami pH w roztworach wodnych.
Bo to jest właśnie to, co robią kwasy i zasady,
szczególnie kwasy i zasady Arrheniusa.
W każdym razie - do zobaczenia w następnym filmie.
Będziemy obliczać i określać zmiany pH w związku z kwasami.