chimie c5,c6,c7

7/18/2019 chimie c5,c6,c7

http://slidepdf.com/reader/full/chimie-c5c6c7 1/28

CURSUL 5

CAPITOLUL 3

Apa

1. Stare naturală

Apa este una din cele mai răspândite substanţe din natură.Se găseşte în toate cele treistări de agregare:

a) solidă (gheţari, zăpadă, grindină, etc.), !" din supra#aţa uscatului oreprezintă gheţarii.

b) lichidă $ ape de supra#aţă (mări, oceane, #lu%ii, etc.) $ apă de ploaie

$ ape subterane Apele de supra#aţă reprezintă &" din supra#aţa globului.c) gazoasă (%aporii de apă din atmos#eră sau din emanaţiile %ulcanice)

'n natură nu se găseşte apă pură. Apa se găseşte sub #orma unor soluţii, deeemplu apa oceanelor conţine circa * g săruri+ litru, din care &g -al+litru. Apelemărilor interioare au concentraţii di#erite, /area -eagră conţine aproimati% &,& g+litrudin care 0 g -al+litru.

ompoziţia unor elemente în apa oceanelor (în mg+litru)

1enumire

element

oncentraţie

în mg+litru

1enumire

element

oncentraţie

(mg+litru)lor (l)Sodiu(-a)/agneziu(/g)Sul#(S)alciu(a)2otasiu(3)4rom(4r)arbon()5igen(5)Stronţiu(Sr)

6!!!!7!!!!6!!0!!8!7,*888

4or(4)Siliciu(Si)9luor(9)

Azot(-) Argon(Ar)itiu(i);ubidiu(;b)9os#or(2)<od(<)4ariu(4a)

0,8,!,!,8!,7!,!,!,!&!,!*!,!!

/etalele se găsesc sub #ormă de cationi (-a=, >=, a=, /g=, etc.). -emetalelese găsesc sub #ormă de anioni (l$, 4r $, -5$

, S50$,?5

$). /ai eistă şi gaze dizol%ate:5, -, 5, , etc. S$au identi#icat aproape toate elementele cunoscute în apele mărilorşi oceanelor.

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


Apele subterane (pânza #reatică) conţin aproimati% g săruri+litru. Apele cu un conţinut mare de a(?5) sunt ape dure, nu #ac spuma cu

săpunul, nu #ierb legumele, depun cruste de piatră (a5 ) la #ierbere (cruste încazanele de aburi).

2. Structura şi proprietăţile fiice.

/oleculele de apă se prezintă ca un pseudotetraedru, unghiul de %alenţă de!0,*!, oigenul din molecula de apă se a#lă în starea de hibridizare Sp.

/olecula de apă este o moleculă polară, polul negati% al moleculei este la atomulde oigen, polul poziti% la atomii de ? (momentul de dipol @ ,801).

?idrogenul şi oigenul au mulţi izotopi: etc.

Apa conţine combinaţii ale acestor izotopi în proporţii %ariabile (unele %ariante segăsesc în cantităţi #oarte mici):

?75, ?

&5, ?85,?17 5, ?1&5, ?185, 1

75, 1&5, 1

85, B5. 'ntre moleculele de apă eistă #orţe electrostatice puternice (legăturile de hidrogen),

ast#el încât se prezintă sub #ormă de asociaţii moleculare (?5)n

egăturile de hidrogen şi apa lichidă egăturile de hidrogen în gheaţă

'n reţeaua cristalină a gheţii, #iecare moleculă de apă este înconCurată de 0molecule de apă. 9iecare atom de oigen se înconCoară tetraedric de 0 atomi dehidrogen, legaţi prin legături co%alente, iar ceilalţi legaţi prin legătura de hidrogen,structură care se repetă de un numar #oarte mare de ori în toată gheaţa.;ezultă o structură a#ânată , spre deosebire de apa lichidă unde numărul de legături dehidrogen este mai mic şi se realizează structuri mai compacte.

1i#erite propietăţi ale apei ser%esc la de#inirea unor mărimi #izice #undamentale.

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


Apa prezintă o serie de propietaţi DanormaleE:$ apa lichidă este #oarte puţin compresibilăF$ punctul de topire + solidi#icare este !o , la solidi#icare se produce o mărire de

%olum de 6"F$ punctul de #ierbere este !!o(punct de echilibru lichid$%apori), la %aporizare

apa îşi măreşte %olumul de &!! de oriF Apa este lichidă la temperaturi obişnuite, în timp ce hidrurile elementelor %ecine ,însistemul periodic, sunt gaze.

?0 -? ?5 ?9p.t. $80 o $&8 o ! o $8 op.#. $70 o $ o =!! o =6,* o

Si?0 2? ?S ?lp.t. $8* o $ o $8* o $* op.#. $ o $8& o $7 o $8* o

Se obser%ă pentru ?5 puncte de #ierbere şi de topire anormal de ridicate, aceastăanomalie se datorează legăturilor de hidrogen.

$ 1ensitatea.urba %ariaţiei densităţii cu temperatura nu descreşte monoton, cala celelalte lichide, ci creşte de la ! o la 0 o apoi scade.

! o 0 o ! o ! oG !,666877 g+cm ,!! g+cm !,666& g+cm !,668!

g+cm

1eci Gma g+cm la 0 o

$ apacitatea calorică (căldura speci#ică) a apei este anormal de mare comparati%cu a altor hidruri co%alente. apacitatea calorică (c) este cantitatea de căldură, încalorii, absorbită de g de ?5, la ridicarea temperaturii cu grad elsius(c?5cal0,8 C). $ Bensiunea super#icială a apei este considerabil mai mare decat a celorlalte lichide. $ <nter%alul mare (! o$!! o) în care se găseşte apa în stare lichidă se eplicăprin eistenţa legăturilor de hidrogen. <nter%alul ! o$!! o a stat la baza etalonareascării elsius a temperaturilor.

$ onductibilitatea electrică #oarte mică a apei este datorată numărului mic demolecule ionizate în apa pură:

H?5=I H?5$I !$&mol+l

$ Apa are ecelente proprietăţi ionizante şi este un #oarte bun sol%ent. 1izol%ăsubstanţe polare(acizi, amoniac,etc.), substanţe ionice(săruri, hidroizi, etc.),

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


substanţe organice(zahăr, glucoză, alcooli, acizi, saruri ale acizilor carboilici,etc.)

!iol"area este un proces comple alcătuit din două #enomene:

-

9enomen #izic de di#uzie a moleculelor de sol%at(solut) printre moleculele desol%ent. Aceste #enomen este endotermF- 9enomen chimic în cadrul căruia se realizează noi legături între sol%at şi

sol%ent(legături ion$dipol, dipol$dipol, legătură de hidrogen), se produce ionizareaşi sol%atarea(hidratarea) substanţelor. Acest #enomen este eoterm.

1upă modul în care se compensează cele doua #enomene, dizol%area poate #ieotermă(dizol%area acizilor tari, a hidroizilor alcalini) sau endotermă(dizol%areasărurilor de amoniu).

a #iol"area unei $u%$tanţe ionice, moleculele de apă se #iează, prin #orţe

electrostatice, pe ionii reţelei cristaline, producând atracţii până la desprinderea ionilordin reţea

;ezultă ioni hidrataţi care, prin di#uzie se îndepărtează de supra#aţa cristaluluipermiţând continuarea procesului.

2entru -al se poate scrie:

-al(s) = (m=n)?5 J -a=Km?5 = l$Kn?5

-umărul de molecule de sol%ent care sol%atează(hidratează) este cu atât maimare cu cât %olumul ionului este mai mic şi sarcina mai mare.

1e eemplu:

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


cationi i= -a= >= -?0= /g= a=

Sr = 4a=

-r. de molec. de apă 8 0 0 0 !8 0

anioni l$ 4r $ <$

-r. de molec. de apă

a recristalizarea unor săruri din soluţie, unele reţin apă în reţeaua cristalină,rezultând cri$talo&i#raţii. 1e e: uS50K*?5, -a5K!?5,aS50K?5 2iatră %ânătă, Sodă calcinată , Lips

/<< S50K&?5 F /< /<<< (S50)K?5, unde:

/<<J/g, Mn, 9e /<J-a,>F/<<<(Al, 9e, r)

'n #uncţie de stabilitate, cristalohidraţii sunt:a) Substanţe efluore$cente N pierd apă în atmos#eră uscată. O: -a 5K!?5,uS50K*?5, 9eS50K&?5

b) Substanţe &i'ro$copice $absorb apă din atmos#erăO: /gl=7?5J/glK7?5.

Acestea sunt utilizate la întreţinerea atmos#erelor uscate în aparate numiteeicatoare.

c) #elic"e$cente N se dizol%ă in apă absorbită din atmos#erăe: al, -?0-5

!iol"area $u%$tanţelor alcătuite #in (olecule polare. /oleculele pot #i

scindate in ioni sub in#luenţa moleculelor de apăO: ?l = ?5 J ?5= = l$

1eci se produce ruperea legăturilor co%alente, se #ormează noi legături ion$dipol,rezultă ioni hidrataţi care di#uzează in soluţie.

<n cazul dizol%ării unor substanţe organice ( alcooli, zaharide etc ) dizol%area arela bază #ormarea unor legături de hidrogen intre moleculele de apa si moleculelesubstanţei organice.

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


3. Proprietăţile c&i(ice ale apei

A. Sta%ilitatea ter(ică/olecula apei este deosebit de stabilă deoarece procesul de #ormare a

apei este un proces eoterm:

?(g) = P5(g) Q ?5 (%apori) R? $*8 3calKmol$

Apa este stabilă până in Curul temperaturii de !! !, de la această temperaturăincepând să se disocieze in ? si 5. Ochilibrul reacţiei de mai sus este deplasat spredreapta până la temperaturi de ordinul miilor de grade, deoarece trebuie să se ţină cont

de #aptul că in paralel cu disocierea apei, la temperaturi de aproimati% !!!!

, are locşi disocierea 5, iar la temperaturi mai mari de *!!!, are loc disocierea ?. 1inaceastă cauză apa nu se disocieaza termic total.

4. !e$co(punerea apei se poate realiza printr$un aport de energie de altă #ormădecât energia chimică sau termică.

Ast#el , prin electroliza apei se poate obţine industial ? si 5. 1in cauza conductibilităţii#oarte slabe, electroliza apei se poate #ace prin adaos de acid sau bază, la anoddegaCându$se 5 şi la catod ?.

1e e:a) Olectroliza apei acidulate:?5 Q ?= = ?5$

?S50 Q ?= =S50$

(=) ?5$ Q ?5 =P5 = e$

anod ($) ?= = e$ J ?

catod

electroliă

;eactia totală: ? 5 J ? = P 5

b) Olectroliza apei alcalinizate:

?5 Q ?= = ?5$

-a5? Q -a= = ?5$

(=) ?5$ Q ?5 = P5 = e$

($) ?= = e$ J ?

Sau: -a= = e J -a -a = ?5 J -a5? = P ?

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


electroliză

?5 J ? = P 5

C. Caracterul o)i#o * re#ucător al apei Apa poate a%ea atât caracter oidant, cât şi reducător in #uncţie de substanţele

cu care reacţionează. Ast#el:

- reacţionează, comportându$se ca oidant, la temperaturi obişnuite, cu substanţecare au a#initate #aţă de oigen şi care au căldurile de #ormare a oizilor sau ahidroizilor mai mari decât ale apei. u cât a#initatea pentru oigen este mai mare, cuatât temperatura la care are loc reacţia, este mai Coasă:

> = ?5 J >5? = P ? (temperatură obişnuită)F reacţie puternic eotermăcu aprinderea ?.-a = ?5 J -a5? = P ? (reacţie puternic eotermă)F.

încalzirea = ?5 J a(5?) = ?

!!!

/g = ?5 J /g(5?) = ?6!!!

9e = 0?5 J 9e50 = 0?

oid #ero#eric

incandescenţă

=?5 5=? gaz de apă

t7*!

?0=?5 5=? gaz de sinteza

atalizator -i

$reacţioneză,comportându$se ca reducător,cu substanţe care prezintă a#initate#aţă de hidrogen: 9=?5J?9=H5I $sub in#luenţa apei anumite substanţe su#eră #enomenul dedisproporţionare(autooidoreducere)

=e$

l=?5J?l=?l5 l J l$(reducere) Acid hipocloros $e$

l J l=(oidare)

S = ?5 J ?S = S5

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


aracterul oido$reducător al apei se poate eplica şi prin cele două reacţii de mai Cos:

) ?5 J 5 = ?= = e$ (oidare$caracter reducător)

) ?5 = e$

J ?5$

= ? (reducere$caracter oidant)

1.Reacţia cu o)iii

a) cu oizii bazici rezultând hidoizi:

-a5 = ?5 J -a5?

a5 = ?5 J a(5?)

%ar nestins %ar stins b) cu oizi acizi(anhidride de acizi) rezultând acizi

5 = ?5 J ?5

S5 = ?5 J ?S50

-5* = ?5 J ?-!

-5 = ?! J ?-5 = -?5

?ipoazotida (-5) este o anhidridă dublă O.Reacţia cu &i#rurile+$ulfurile car%urile+aoturile etc.

-a? = ?5 J -a5? = ?

-aS = ?5 J -a5? = ?S Al0 = ?! J 0Al(5?) = ?0

-a- = ?5 J -a5? = -?

9. Reacţiile apei cu $u%$taţe or'anice

a) cu alchenele J alcooli ?S50

?? = ?5? ? T?5? etenă etanol

?S50

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


? T?? = ?5? ? T?T? U5? T propanol

b) cu alchinele(reacţia >ucero%) rezultă compuşi carbonilici:

?S50+?g= tautomerizare?V? = ?5? H ??I ? T?!

Acetilenă U acetaldehidă 5?

enol (alcool %inilic)

?S50

?VT? = ?5? H?T?I J ?TT?propină U W

5? 5 acetonă

c) hidroliza deri%aţilor halogenaţi cu reacti%itate normală şi mărită (nu şi cei cureacti%itate scăzută) $deri%aţii monohalogenaţiJalcooli -a5? ? T? Tl = ?5? ? T? T5? = ?lloretan etanol $deri%aţii dihalogenaţiJdioli sau compuşi carbonilici

-a5? ? T? = ?5? ? T? = ?l U U U U l l 5? 5?, dicloretan etandiol (glicol) l 5? X -a5? X

? T? = ?5? H? T? I ? T?! Y $?l Y $?5 l 5?

diol instabil- 1eri%aţi trihalogenaţi N trioli, acizi carboilici etc.

-a5? ? ? ? = ? 5 ? ? ?

l l l $?l 5? 5? 5?,, triclorpropan glicerina l -a5? 5?

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


? T? TT l = ?5? H ? T? TT5? I? T? T55?

l $?l 5? $?5,, triclorpropan triol instabil acidpropanoic

c) ?idroliza deri%aţilor acizilor carboilici) loruri acide 5 5? N = ?5? J ? T = ?l

l 5?

lorură de acetil acid acetic

lorură de benzoil = ?5? acid benzoic = ?l

) Amide

5? N = ?5? J ? N 55? = -?

-? acetamida acid acetic

) -itrili

? N V - = ?5 J ? N 55? = -? acetonitril acid acetic

0) Anhidride

anhidrida acetica

Cur$ul ,

Ioniarea apei

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


<n reacţiile chimice apa poate îndeplini rol de acid sau de bază, în #uncţie desubstanţa cu care reacţionează:

?l =? N 5 ?5== l$

? acid bază

?- = ? N 5 -?0== ?5$

?

bază acid

Substanţele care îndeplinesc atât rol de acid cât şi de bază sunt substanţe cu caracter am#oter. Această proprietate se mani#estă într$o proporţie mică şi in apa pură.

?5? = ?5? ?5= = ?5$

;eacţia poartă denumirea de ionizarea apei sau autoprotoliza apei. ;eacţia estere%ersibilă şi deplasată mult spre stânga. a echilibru se poate aplica legea acţiuniimaselor.

>c

oncentraţia apei la echilibru este practic constantă deoarece din *,*8 K !8 moleculede apă, numai una ionizează. Se poate scrie deci:

H?5=IH?5$I >c H?5I >Z sau >?5

>[ se numeşte produsul ionic al apei şi are %aloare constantă la temperatură constantă,crescând puternic cu creşterea temperaturii.

BH!I ! ! 0! *! 7! &!

!0K3?5 !,87 ,! ,88 ,8! *,6* ,7 ,7

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


a ! (temperatura mediului ambiant), %aloarea produsului ionic este: >?5 !$0

, de unde se poate deduce că : H? 5=I H?5$I !$&

mol+l Această %aloare corespunde stării neutre din punct de %edere chimic ( apă pură, soluţiineutre). 2rin dizol%area în apă a unor acizi sau săruri cu hidroliză acidă, concentraţiaionilor hidroniu creşte iar cea a ionilor hidroil scade proporţional. 1e eemplu ladizol%area ?l în apă au loc următoarele reacţii:

?l = ?5 ?5= = l$ ()

?5 = ?5 ?5= = ?5$ ()

1atorită creşterii concentraţiei H?5=I echilibrul reacţiei () se deplasează spre stânga(con#orm principiului lui e hatelier) şi scade concentraţia ionilor H?5$I.

2rin dizol%area în apă a unor baze sau săruri cu hidroliză bazică, concentraţia H?5 $Icreşte iar H?5=I scade proporţional.

-a5? -a= = ?5$ ()

?5 ?5= = ?5$ ()

1atorită creşterii H?5$I echilibrul relaţiei () se deplasează spre stânga şi scade H ?5= I.

1eoarece %ariaţiile concentraţiilor sunt greu de eprimat numeric sau de reprezentatgra#ic, Sorensen a introdus noţiunea de p? (eponent al ionilor de hidrogen) :

p? $ lg H?5=I sau p? N lg H?=I

asemănător se poate de#ini noţiunea de p5? $ lg H?5$I

cum H?5=I H?5$I !$0 - p/ 0 pO/ - 1

\ariaţia concentraţiilor şi a p?$ului şi p5?$ului în soluţii:

/ediu acid /ediu neutru /ediu bazic

H?5=I ,]

p? !,,,],7,] & 8,6]0

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


H?5$I ].!$8,] ] ,

p5? 0,,].8,] & 7,*]],!

1eci:

/ediu acid /ediu basic

H?5=I ^ H?5=I _

H?5$I _ H?5$I ^

p? _ & p? ^ &

p5?^& p5?_&

. c&ili%re n $oluţii #e electroliţi.c&ili%re ionice.

Olectroliţii sunt sisteme chimice care au proprietatea de a conduce curentul electric însoluţie apoasă ( sau topitură).

Olectroliţii se clasi#ică în:

$electroliţi reali N substanţe cu reţea ionică (săruri, baze tari) care la dizol%are, prininteracţiuni cu moleculele polare ale apei îşi distrug edi#iciul cristalin şi ionii din reţeade%in mobili (electroliţii reali conduc curentul electric în stare topită).

$electroliţi potenţiali N substanţe cu legături co%alente la care #ormarea ionilor esterezultatul unor intercaţiuni cu moleculele polare ale apei.

9ormarea ionilor depinde de natura, concentraţia şi temperatura electrolitului şi seeprimă prin gradul de ionizare(disociere) `.

`

1upă %alorile gradului de disociere (ionizare) deosebim :

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


$electroliţi tari+ cu ` ^ !,* de e. săruri solubile în apă, hidroizi metalici solubili înapă(>5?, -a5?, a(5?), etc), acizi în soluţie apoasă(?l, ?4r, ?l50, ?S50, ?-5,etc)F

$electroliţi $la%i cu ` _ !,!!* de e. acizi anorganici ( ?S, ?-, ?5, ?45, etc)

acizi organici (?55?, 7?*55?), baze slabe (-?, amine).

<onizarea (disocierea) electroliţilor slabi este un proces re%ersibil, deci în momentulstabilirii echilibrului, dacă nu se modi#ică condiţiile eterioare, concentraţiilecomponentelor se menţin constante şi se poate aplica legea acţiunii maselor. <nreacţia:

A4 A$ = 4=

i c

c `c

e c N `c `c `c

onstanta la echilibru: >c , unde:

HA4I $ concentraţia molară a substanţei dizol%ateF

, HA$

I, H4=

I $concentraţiile molare ale ionilor rezultaţiF c$concentraţie molară initialăF

`$grad de ionizareF

i$concentraţia iniţială , c$consumul de subtanţe con#orm ecuaţiei, e$compoziţiasistemului la echilibru.

<nlocuind în relaţia lui >c obţinem:

>c , relaţie cunoscută sub numele de le'ea #iluţiei a lui

O$t4al# , aplicată la soluţiile diluate de electroliţi slabi. ând gradul de ionizare este#oarte mic , numitorul se poate negliCa, deci:

>c

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


.1. P/ul $oluţiilor #e acii 'raşi şi %ae

A6 Acii tari

Acizii tari sunt total disociaţi în soluţie, echilibrul reacţiei de disociere este total

deplasat spre dreapta. ?A = ?5 ?5= = A$

acid 'n acest caz H?5=I H?AI c , concentraţia ionilor de hidroniu este egală cu

concentraţia iniţială a acidului (c) , deci: p/- l'7/3O08- l'c

Oemple de acizi tari: ?l, ?4r, ?<, ?-5, ?S50, ?l50 etc.

Aplicaţie: 2?$ul soluţiei de ?l !,!/.

H?5=

I !$

, $ lg!$

, p/-2

96 9ae tari

4azele tari sunt total ionizate în soluţie. Ocuaţia reacţiei de ionizare este: 45? 4== ?5$ , echilibru total deplasat spre dreapta. 1eci H?5$I H45?I cF unde c este concentraţia iniţială a bazei. 1in produsul ionic al apei: H?5=IH?5$I!$0 ,concentraţia ionilor hidroniu este:

H?5=I deci : p/- l'

Oemple de baze tari: >5?, -a5?.

Aplicaţie: p?$ul soluţiei de -a5? !,/.

H?5$I !$F H?5=I !$F p? $ lg!$ , p/ - 13

'n cazul amestecurilor de acizi tari, concentraţia ionilor hidroniu este egală cusuma concentraţiilor ionilor hidroniu a acizilor din amestec:

H?5=It H?5=I = H?5=I...... 'n cazul amestecurilor de baze tari, concentraţia ionilor hidroil este egală cu

suma concentraţiilor ionilor hidroil a bazelor din amestec : H?5$It H?5$I = H?5$I = ..........

C6 Acii $la%i

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


Acizii slabi sunt #oarte puţin disociaţi în soluţie. Ochilibrul reacţiei de disociere aunui acid slab (?A) se eprimă prin reacţia:

?A=?5 ?5==A$ >c

i cc `ce c($`) `c

'n soluţii diluate %ariaţia concentraţiei apei este negliCabilă, deci H?5I constantşi se poate include în constanta la echilibru. ;elaţia de mai sus de%ine:

>cH?5I >a (constanta de aciditate).

'nlocuind cu %alorile din tabel:

>a F H?5=I `c.

Se mai poate scrie: >a şi 7/3O08 -

deci p? $ lg

Similar cu p? se de#ineşte p:a- l':a ; e)ponent #e aci#itate. Oemple deacizi slabi: acizi organici, ?5, ?-, ?S etc.

Aplicaţie: Să se calculeze p?$ul soluţiei de ?55? !,!/ dacă >a ,8K!$

*.

H?5=I 7K!$0

p? $ lg 7K!$0 0 N lg 7 ,, p/-3+22

!6 9ae $la%e

4azele slabe sunt puţin ionizate. Ochilibrul de ionizare al unei baze slabe seeprimă prin reacţia:

4=?5 4?= = ?5$

i c c `c H?5$I`c e c($`) `c `c

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


>c F >cH?5I >b , la echilibru:

H4?

=

I H?5

$

I >b

7/O8 - F H?5=I

1in relaţia >aK>b>?5 se înlocuieşte , deci:

7/3O08 -

Oemple de baze slabe: -?, ;$-?.

Aplicaţie: Să se calculeze p?$ul unei soluţii de amoniac de concentraţie !,!/ (

).

,77K!$

p/-11l'1+,,.

6 Aci# şi %aă con<u'ată

;eacţia de ionizare a unui acid:

?A=?5 ?5=

= A$

>a

acid bază conCugată4aza conCugată ionizează în soluţie con#orm ecuaţiei:

A$=?5 Q ?A = ?5$ >b

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


'nmulţind cele două constante se obţine: >aK>b H?5=IH?5$I >?5 !$0, ceea ce reprezintă relaţia dintre constanta deaciditate a unui acid şi constanta de bazicitate a bazei lui conCugate. 2rin logaritmarearelaţiei de mai sus rezultă: lg( >aK>b) lg>?5.

tiind că p> $ lg> (eponent al constantei) , rezultă p>a=p>b 0 .nui acid tare îi corespunde o bază conCugată slabă şi in%ers.

Aplicaţie: 2entru acizii de mai Cos, stabiliţi baza conCugată, >b, tăria acidului, tăriabazei.

Acid >a 4azaconCugată

>b Băriaacidului

Băria bazei

?< !

?l !&

?250 &,*K!$

?5 0,K!$& ?5$ slab tare

?55? ,8K!$*

'n cazul acizilor slabi polibazici se ia în considerare prima treaptă de ionizare. 'n cazul amestecului de acid tare şi acid slab, concentraţia ionilor hidroniu H?5=I

este dat numai de concentraţia acidului tare. 'n cazul amestecului de doi acizi slabi de aceeaşi concentraţie:

5. /i#rolia $ărurilor

;eactia dintre ionii sării dizol%ate si moleculele de apa se numeste reacţie dehidroliză. <n #unctie de natura acidului si a bazei din care pro%in, sărurile se clasi#ică în :

-

Săruri pro%enite din acizi tari si baze tari e: -al, >-5 , -aS50 , >l50 etc.- Săruri pro%enite din acizi tari si baze slabe e: -?0l , -?0-5 , Al(S50) etc.- Săruri pro%enite din acizi slabi si baze tari e: -a- , >S etc.- Săruri pro%enite din acizi slabi si baze slabe e: (-?0)S , (-?0)5 etc.a) Sărurile pro"enite #in acii tari $i %ae tari nu hidrolizează pentru că au in

componenţă ioni inacti%i din punct de %edere acido$bazic. Soluţiilor acestorsăruri au p/-= >$unt neutre).

b)/i#rolia $ărurilor pro"enite #in acii tari $i %ae $la%e.

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


O: ?/Cl prin dizol%are eliberează in soluţie ionii: l$ , specie inacti%ă , care nureacţionează cu apa şi rămâne in soluţie , -?0

= ionul amoniu , acidul conCugat al -? ,care %a ceda protonul apei , con#orm reacţiei: -?0

==?5 Q -? = ?5=

1atorita acestei reacţii , in soluţie %a eista un surplus de ioni hidroniu , ?5= , care %orcon#eri soluţiei caracter acid.

?idroliza -?0l poate #i indicată si prin ecuaţiile:-?0

= = l$ = ?5 Q -? = ?5= =l$

sau:-?0l(s) = ?5 Q -?05?(a) = ?l(a)

Soluţiile sărurilor pro%enite din acizi tari si baze slabe au caracter acid, datorităschimbului de protoni dintre cationii sării si apa.alculul p?$ului soluţiilor sărurilor pro%enite din acizi tari si baze slabe.

Ocuaţia generalizată a reacţiei de hidroliză este:

4?= = ?5 Q 4 = ?5=

i c c `c e c($`) `c `c

onstanta de hidroliza pentru aceasta reacţie, care este de #apt constanta deaciditate a acidului 4?= (acidul subCugat bazei slabe), este dată de relaţia:

[ ]

[ ]+

+

⋅==

BH

O H B K K

ah

3

a echilibru H4I H?5=

I F H4?=

I c($`) ,unde ` este negliCabil deci H4?=

I c(concentraţia molară iniţială a sării).;ezultă:

c K O H c

O H K K

aah ⋅=⇒==

+

+

][][

3

2

3 sau c K O H h ⋅=+

][ 3

Aplicaţie: Să se calculeze p?$ul unei soluţii de -?0l 5,/ ,>-?0= *,7 K !$!

612110

3 1048,7105610106,5][ −−−−+

⋅=⋅=⋅⋅=O H

48,7161048,71 6 g g pH −=⋅−=

−

CURSUL =

c) /i#rolia $ărurilor pro"enite #in acii $la%i şi %ae tari.

C/3 COO?a eliberează in soluţie următorii ioni:

- -a=$ specie inacti%ă care nu reacţionează cu apa- ? 55$ $reacţionează cu apa, acceptă un proton con#orm ecuaţiei:

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


?55$ = ?5 Q ?55? = ?5$

1atorită acestei reacţii, în soluţie eistă un plus de ioni ?5$ care imprimă soluţieicaracter bazic. ;eacţia de hidroliză poate #i indicată şi prin reacţiile:

- -a== ?55$ = ?5 Q-a= = ?5$ = ?55?

sau:

- ?55-a = ?5 Q -a5? =?55?

1eci soluţiile sărurilor pro%enite din acizi slabi şi baze tari au caracter bazic, datorităschimbului de protoni dintre anionul sării şi apă.

Calculul p/ului $oluţiilor $ărurilor pro"enite #in acii $la%i $i %ae tari. Ocuaţia reacţiei generalizate este:

A$ =?5 Q A?= ?5$

i c c c e c($ ̀ ) `c `c

1in constanta de aciditate a acidului ?A: F

IH I se obţine raportul:

care se introduce în epresia ( ) şi rezultă:

(constanta bazei conCugate A$ a acidului ?A)

Se obser%ă că la echilibru H?AI H?5$I şi H I c (concentraţia molară iniţială a sării)

J de unde :

H?5$I c

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


1in produsul ionic al apei H IH?5$I se obţine: H I

Aplicaţie:să se calculeze p? Nul unei soluţii de ? 55-a !,/ , ,8.!$

*

H I .0 , Jp? $ lg . $

lg,

d) /i#rolia $ărurilor pro"enite #in acii $la%i $i %ae $la%e. C/3COO?/ la dizol%are eliberează în soluţie urmatorii ioni:

- -?0= ionul amoniu, acidul conCugat al amoniacului, care %a ceda protonul apei,

con#orm reacţiei: -?0= = ?5 Q

-?= ?5=

55$ $ ionul acetat, baza conCugată acidului acetic, care %a accepta protonul

apei con#orm reacţiei: ?55$ = ?5 Q?55?=?5$

1atorită acestor reacţii în soluţie eistă ioni hidroniu, ?5= şi ioni hidroil ?5$. 'n#uncţie de numărul lor ,soluţia #inală %a a%ea caracter slab acid , slab bazic sau neutru.

Această recţie poate #i redată şi prin ecuaţia:

?55$ = -?0= = ?5 Q ?55? = -?

= ?5= = ?5$

1eci: Soluţiile care rezultă prin dizol%area sărurilor pro%enite de la acizi slabi şibaze slabe, %or a%ea caracter slab acid, slab bazic sau neutru, datorită schimbului deprotoni între anionul şi cationul sării şi apă.

Leneralizând se poate stabili o relaţie, cu aCutorul căreia se poate calcula p?$ulacestor soluţii:

Ocuaţiile reacţiilor care au loc sunt:

Sau:

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


onstanta la hidroliză este:

'nmulţind şi împărţind cu produsul ionic al apei, obţinem:

;ezultă :

a echilibru (concentraţia iniţială a sării).

onstanta de hidroliză %a #i:

1in:

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


;ezultă :

'nlocuind în relaţia constantei de hidroliză de mai sus se obţine:

1e unde

Aplicaţie: Să se calculeze p?$ul soluţiei de !,!/ dacă

F

p/-=

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


,. Apa * a'ent ter(ic.

/otoarele na%ale ,căldările (generatoarele de abur) sunt proiectate pentru a

prelua , pe cât posibil, o cât mai mare parte din energia înmagazinată în combustibil şi ao trans#orma în lucru mecanic. 'n #uncţionarea lor ele #olosesc ca agent termic apa, iare#icienţa lor depinde semni#icati% de calitatea apei pe care o #olosesc. Atât apa, dar maiales impurităţile conţinute de aceasta, pot pro%oca serioase e#ecte negati%e şi chiardistrugerea instalaţiilor.

=.Tipuri #e apă şi i(purităţi preente n apă

a) Apa chimic pură este #ormată din molecule identice ce corespund #ormuleichimice ?5F ea este #oarte rar întâlnită în natură.

Apa este cel mai important sol%ent din natură şi tehnică, ea dizol%ând o marecantitate din substanţele cu care %ine în contact.b) Apa naturală, dulce sau de mare, conţine o cantitate însemnată de impurităţi

antrenate din atmos#eră şi sol în timpul circuitului său prin natură.c) Apa ca agent termic este #olosită ca purtător de căldură, #ie în stare lichidă, #ie

în stare de %apori (abur) în #uncţie de ne%oile de utilizare.a bordul na%elor apa este #olosită atât ca materie primă , pentru obţinerea apei

distilate sau a aburului , cât şi ca agent de răcire.

Apele #olosite ca materie primă sunt:$ apa de mare pentru obţinerea apei demineralizateF

$ apa dulce sau apa demineralizată pentru obţinerea aburuluiFa agent de răcire se #olosesc toate tipurile de apă: de mare, dulce,demineralizată.

Aceste tipuri de apă tehnică se deosebesc #oarte mult prin natura şi concentraţiaimpurităţilor conţinute. Apa dulce are un conţinut maim de săruri dizol%ate de g+3g,apele sărate în medie * g+3g, dar ating şi *! g+3g, pe când apa demineralizată, în#uncţie de metoda de demineralizare utilizată şi de corectitudinea conducerii procesului,poate #i lipsită complet de săruri sau să conţină doar urme din impurităţile iniţiale aleapei naturale.

2rincipala sursă de apă la bordul na%elor maritime este apa de mare. Oa este

#olosită în unele instalaţii ca atare dar din ea se poate obţine şi o apă de calitatesuperioară, demineralizată. 1emineralizarea (desalinizarea) apei de mare se poatee#ectua cu aCutorul schimbătorilor de ioni, prin osmoză in%ersă şi prin distilare.

1eşi mare consumatoare de energie, distilarea este cea mai utilizată metodă dedesalinizare de la bord, datorită posibilităţii recuperării energiei termice necesaredistilării de la alţi agenţi termici ce urmează a #i răciţi.

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


<mpurităţi prezente în apele tehnice şi posibile e#ecte asupra instalaţiilor:

Lradul de dispersie 9ormulachimică

Substanţe din carepro%in Sursa de impuri#icare O#ecte

.<mpurităţi nedisociate electric: A. suspensii(^ !, fm) $

;ugină,cruste depiatră desprinse,precipitate, nisip,scoici, plante, etc.

Antrenare din instalaţii,substanţe #ormate latratarea apei, din apa

naturală

$ depuneri denămol

$ depuneribiologice

4. dispersii coloidale(!,$!,!! fm) $

Silice, sul#uri,hidroizi, substanţeorganice de natură

animală sau %egetală,hidrocarburi

1in apa naturală,impuri#icare cu uleiuri,

combustibili, unsori

$ depuneri denămol

$ depunerispongioase$ spumare

. impurităţi dizol%ate(_!,!! fm)

gaze 5

5

5igen1ioid de carbon

Aer, acti%itate biologică,descompunerea

bicarbonaţilor de calciu

şi magneziu

$ coroziune$ depuneri de

piatră

lichide ?0- hidrazina Substanţă de tratare $ coroziunecaustică

.<mpurităţi disociate electrolitic:

A. ationi ?= ?5=5F ?l,?S50

1izol%area dioidului decarbon în apă, hidroliza

clorurii de magneziu,tratarea apei cu acizi

$ coroziune acidă

a= a(?5), ul,aS50

1in apa dulce sau demare 1epuneri de

piatră/g= /g(?5), /g5,/gl, /gS50

1in apa dulce sau demare

9e=,9e= 9e(?5), 9e(5?)

oroziunea tancurilor,tubulaturilor, căldărilor,

circuitelor de abur

1epuneri petubulaturi de9e5 şi u

metalic ducândla coroziune de

contactu= u(5?)

oroziuneacondensatoarealor

-a=-al, -a250,

-a5?, -a5,-aS5

1in apă naturală,substanţe de tratare

oroziune,spumare

4. Anioni l$ -al, /gl, al1in apă naturală, prin

concentrarea prine%aporare

oroziune,spumare,

depuneri îndistilatoare

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


?5$ -a5?, -?05? Substanţe de tratare oroziunecaustică

5$ /g5, -a5 1in apă naturală,

substanţe de tratare

1epuneri depiatră, coroziune

caustică

?5$ a(?5),

/g(?5), -a?51in apă naturală 1epuneri de

piatră

250$ -a250, -a?250,(-a25)7

Substanţe de tratare oroziune,spumareS50

$ aS50, /gS50 1in apă naturală 1epuneriaderente de

piatră

Si5$ ?Si5

?idroliza Si5 din apănaturală

1epuneri dure depiatră

S5$ -aS5 Substanţă de tratare oroziune acidă

<ndi#erent de tipul constructi% al distilatorului, procesele ce au loc în acesta sunt:%aporizarea apei, separarea %aporilor de picăturile de apă antrenate, care conţin săruridizol%ate şi condensarea %aporilor. alitatea distilatului obţinut (concentraţia

impurităţilor) depinde deci de modul de #uncţionare al distilatorului..@. fecte ale i(purităţilor apei a$upra in$talaţiilor

A. Depunerile- Tipuri de depuneri

-atura şi caracteristicile depunerilor depind de impurităţile care le pro%oacă şi decondiţiile din instalaţie (temperatură, debit de apă şi %iteză de deplasare, etc.).

a) Depunerile biologice (de #ouling) se #ormează cu precădere în circuitele deapă dulce şi de mare, în circuitele de răcire. Ole sunt constituite din plante şianimale ac%aticeF în circuitele de apă de mare se dez%oltă cu precăderescoici, care, a%ând iniţial dimensiuni mici, trec de #iltre ca apoi, găsind condiţii#a%orabile, să se dez%olte pe supra#eţe metalice.

b) Depunerile de nămol $ 'n instalaţiile de răcire #ormează nămol impurităţiile în suspensie sau

coloidale, produsele de coroziune, unele precipitate #ormate prin descompunereabicarbonaţilor pe supra#eţele metalice #ierbinţi. Aceste produse insolubile seaglomerează sub #ormă de nămol în locurile stagnante, cu %iteză mică de deplasare aapei.

$ 'n distilatoare #ormează nămol sărurile minerale din apa de mare, ceprecipită la concentrarea acesteia. 9ormarea nămolului este #a%orizată de introducerea

în distilator a modi#icărilor de cruste, ce împiedică depunerea sărurilor sub #ormă decruste aderente la metal.

$ 'n generatoarele de abur nămolul este constituit mai ales din compuşi decalciu si magneziu. Aceştia precipită la #ierbere pe impurităţi solide a#late în masasoluţiei N ce constituie centre de #ierbere N îngreunându$le până când, de%enindgrosiere, se separă prin decantare.

c) Depuneri carbonoase

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


Substanţele organice, în special hidrocarburile, ce contaminează apele tehniceaderă la pereţii #ierbinţi şi datorită temperaturii ridicate su#eră procese de cracare cu#ormare de depuneri spongioase de carbon. 2e aceste depuneri precipită şi compuşi decalciu şi magneziu din apă, mărindu$le densitatea şi aderenţa. Aceste depuneri se#ormează atât în căldări, cât şi în instalaţiile de răcire.

d) Depuneri de cupru metalic şi oxizi de fier

<onii de cupru şi #ier returnaţi în căldare cu condensul şi pro%eniţi din coroziuneatraseelor de abur, a condensatoarelor, se depun pe ţe%ile #ierbătoare sub #ormă decupru metalic sau oizi de 9e= şi 9e= . Aceste depuneri măresc deosebit de multheterogenitatea supra#eţelor conducând la coroziunea localizată numită coroziune decontact.

e) Depuneri de cruste de piatră

rustele de piatră constituite din compuşi ai calciului şi magneziului se #ormeazăprin două mecanisme:

$ 2rin reacţii chimice de descompunere a bicarbonaţilor de calciu şimagneziu:t!

a(?5) J a5 = 5 =?5 t!

/g(?5) J /g(5?) = 5 1escompunerea bicarbonaţilor are loc la temperaturi sub punctul de #ierbere al

apei, crustele se #ormează deci în locurile mai reci ale căldării şi în instalaţiile de răcire.

$ 2rin depăşirea solubilităţii sărurilor de calciu şi magneziu, depăşire ce areloc la #ierberea apei.

Solubilitatea sărurilor de calciu şi magneziu, spre deosebire de a altor săruri dinapă, scade cu creşterea temperaturii.

ele mai aderente şi dense cruste #ormează sul#atul de calciu şi silicea.

Sul#atul de calciu are o solubilitate redusă şi aceasta scade cu creştereatemperaturii. Sul#atul de magneziu are o solubilitate mai mare, dar în zonele #ierbinţisunt condiţii şi pentru depunerea lui.

Silicea(Si5) se depune sub #ormă de gelF se mai #ormează silicaţi de calciu şi

magneziu sau depuneri complee cu #ierul şi aluminiul (rezultate din procese decoroziune şi greşeli de eploatare).1epunerile de silicaţi pe ţe%ile #ierbătoare suntaderente, compacte, cu conductibilitate termică #oarte mică.ondiţiile de #ormare aacestor cruste sunt realizate cu precădere în căldările de înaltă presiune.

'n distilatoare compuşii cei mai #rec%enţi sunt: a5, aS50, /g(?5) etc.

7/18/2019 chimie c5,c6,c7


chimie c5,c6,c7

Documents