Chương 1. CÂN BẰNG HOÁ HỌC VÀ DUNG DỊCH ĐIỆN LY TRONG NƯỚC
1.1. Cân bằng hoá học và hoạt độ.
Các phản ứng hoá học nói chung và các phản ứng phân tích nói riêng sẽ kết thúc khi cân bằng giữa các chất tham gia phản ứng và các chất sản phẩm phản ứng được thiết lập. Khi một cân bằng được thiết lập, nồng độ các chất tham gia cân bằng đạt giá trị không đổi, được gọi là nồng độ cân bằng, trong hoá phân tích thường ta phải tính nồng độ cân bằng đó... Để tính nồng độ cân bằng người ta sử dụng định luật tác dụng khối lượng.
Đối với một cân bằng hoá học được biểu diễn theo phương trình:
mA + nB +.... ⇄ pC + qD + .... (1)
Với A, B, C, D... là các phần tử không mang điện tích, lúc đó định luật tác dụng khối lượng biểu diễn theo hệ thức:
[C]p.[D]q/([A]m.[B]n)=K (2)
Trong đó [A], [B], [C], [D] là nồng độ cân bằng của các chất A, B, C, D...và K là hằng số cân bằng, đại lượng này chỉ phụ thuốc nhiệt độ.
Đối với các cân bằng xảy ra trong dung dịch và nhất là dung dịch nước, các cấu tử là các ion thì lúc đó ta phải để ý đến sự tương tác tĩnh điện giữa chúng, lúc đó trong hệ thức (2) ta phải thay nồng độ bằng hoạt độ.
Hoạt độ a của một ion đựoc xác định bằng hệ thức:
a = f.C (3)
Trong đó C là nồng độ của ion và f là hệ số hoạt độ, f phụ thuộc vào lực ion của dung dịch. Lực ion là một đại lượng biểu thị sự tương tác tĩnh điện giữa các ion trong dung dịch.
Nếu Z1 , Z2 ...là điện tích và C1, C2... là nồng độ các ion trong dung dịch thì lực ion m được xác định bằng hệ thức:
m = ½ (Z12C1 + Z22C2 + ....) = ½ S(Zi2Ci) (4)
Nếu m là rất nhỏ, gần bằng không, tức là dung dịch rất loãng, tương tác tĩnh điện giữa các ion là không đáng kể, thì f = 1, hoat độ bằng nồng độ.
Khi m£ 0,02 , thì f đựơc tính bằng hệ thức:
lgf = - ½ Z2 căn m (5)
Khi 0,02‹m‹0,2, f được tính theo công thức:
lgf = - ½ Z2 căn m / (1+căn m (6)
Khi m³ 0,2, thì f được tính theo công thức:
lgf = - ½ Z2 căn m / (1+căn m) + Am (7)
Trong đó, A là một hệ số thay đổi tuỳ loại ion.
Sau đây là một vài ví dụ:
Ví dụ: Tính hoạt độ các ion trong dung dịch hỗn hợp hai chất điện ly mạnh KCl 10-3 M và MgSO4 10‑3 M
Lực ion m của dung dịch này:
m = ½( 1.10-3 + 1.10-3 + 22.10-3 + 22.10-3) = 5.10-3
căn nuy = 7.10^-2
Hệ số hoạt độ của các ion:
lgf k = lgfCl = - 0,035. fk = fCl = 0,92
lgfMg= lgSO4 = -0,14. fMg = fSO4 = 0,72
Hoạt độ các ion:
aK = aCl = 0,92,10-3 = 9,2.10- 4M
aMg = aSO4 = 7,2.10- 4M
Nếu các cấu tử A,B,C,D trong cân bằng (1) là các ion, thì trong hệ thức biển diễn định luật tác dụng khối lượng ta phải thay nồng độ bằng hoạt độ và chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ:
a(pC).a(qD)/(a(mA).a(nB) = Ka (8)
Trong trường hợp này, Ka được gọi là hằng số cân bằng hoạt độ hoặc hằng số cân bằng nhiệt động chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.
Thay A = f.C vào (8)
/ (9)
Trong đó Kc gọi là hằng số cân bằng nồng độ, đại lượng này không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn phụ thuộc lực ion của dung dịch.
Các hằng số cân bằng của các hệ khác nhau: như hằng số axit, bazơ, tích số ion của nước, tích số tan của chất tan... được ghi trong các tài liệu thường là các hằng số hoạt độ. Trong thực tế, để đơn giản hoá việc tính nồng độ các ion trong dung dịch, ta thường thay hằng số cân bằng hoạt độ bằng hằng số cân bằng nồng độ, tức là bỏ qua tương tác tĩnh điện giữa các ion trong dung dịch và xem hệ số hoạt độ bằng 1. Kết quả tính toán như thế sẽ không chính xác, nhưng vì ta thường gặp các dung dịch loãng, nên sai số thường ở trong giới hạn có thể chấp nhận được.
1.2. Dung môi nước và pH của dung dịch.
Nước là một dung môi phổ biến nhất trong hoá học, đặc biệt là hoá phân tích. Nước được dùng làm dung môi để hoà tan các chất làm phản ứng (thuốc thử) vì vậy đa số các phản ứng được tiến hành và xảy ra trong dung môi nước.
Nước là một chất điện ly yếu. Trong nước nguyên chất hoặc trong bất cứ dung dịch nước nào, nước cũng có sự phân ly theo phương trình:
H2O + H2O ⇄ H3O+ + OH- (a)
Phương trình (a) có thể viết đơn giản như sau:
H2O ⇄ H+ + OH- (a’)
Hằng số cân bằng của cân bằng này:
Nước là chất điên ly yếu, nên [H2O] coi như hằng số, vậy:
K[H2O] = [H+].[OH-] = KH2O
KH2O được gọi là tích số ion của nước. Nó là hằng số chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ chứ không phụ thuộc vào nồng độ các ion H+, OH- trong dung dịch. Ở 250C, KH2O = 10-14 Người ta còn dùng đại lượng pKH2O = -lgKH2O = 14 ở 25 0C
Trong nước tinh khiết chỉ xảy ra cân bằng (1) nên nồng độ [H+] = [OH-] = (KH2O)1/2 = 10-7 M
Trong thực tiễn hoá học cũng như trong dung dịch nước của các đối tượng nghiên cứu khác nhau thường gặp các dung dịch có nồng độ H+ và OH- nhỏ hơn 1, nên để tiện việc biểu diễn giá trị nồng độ các ion đó, người ta thường dùng các ký hiệu.
pH = - lg[H+], pOH = - lg[OH-]
Như vậy trong nước nguyên chất pH = pOH = 7 và trong các dung dịch nước bất kỳ ta luôn có pH + pOH = 14 ( ở 25 0C)
Nước là một chất phân cực mạnh, nên phần lớn các chất vô cơ trong nước là chất điện ly mạnh, các chất phân ly một phần trong nước là các chất điện ly yếu.
1.3. Các loại phản ứng được sử dụng trong phân tích hoá học.
Trong các phương pháp phân tích hoá học và hoá lý nói chung người ta thường sử dụng các loại phản ứng sau:
- Phản ứng axit – bazơ
- Phản ứng tạo phức
- Phản ứng kết tủa
- Phản ứng oxi hoá - khử
Bạn đang đọc truyện trên: Truyen2U.Pro