Porównanie mocy kwasów organicznych i nieorganicznych

1. Porównanie mocy kwasów

Wreszcie krótki post co jak wiecie na tej stronie nie dzieje się często. Zanim jednak przejdziemy do sedna, przypomnimy sobie czym jest stała dysocjacji kwasu, a konkretnie na jakie pytanie ona odpowiada. Omawialiśmy to dokładnie już wcześniej teraz tylko przypomnę najważniejsze rzeczy.

Ja podchodzę do tego tak, że stała dysocjacji kwasowej (Ka) odpowiada mi na pytanie : jak bardzo kwas chce dysocjować ?

Definicja stałej kwasowej (Ka)

Zestawmy w tabeli dwie wartości stałych dysocjacji dla kwasu chlorowego(I) oraz azotowego(III) :

KwasHClOHNO2
Ka3,98 • 10ー85,62 • 10ー4
pKa7,43,25

Wartość stałej kwasowej dla HNO2 jest większa, co oznacza, że to on bardziej chce dysocjować. Przy okazji zauważ, że z wartościami pKa jest odwrotnie.

Jest tutaj bezpośrednia analogia do szeregu elektrochemicznego, który już omawialiśmy. Tam pojawił się potencjał standardowy (E°), który z kolei odpowiadał na pytanie : jak bardzo kation chce się redukować? To bardzo ważne, bo jeśli potrafisz ogarnąć czy reakcja redoks zajdzie, to będziesz potrafił ocenić czy zajdzie reakcja kwas−zasada, bo będzie to dokładnie ta sama zasada (hehe, gra słów).

KationAgAl3+ 
(V)0,8− 1,68  

W takim razie kation Ag+  chce się bardziej redukować niż kation glinu Al3+ . No więc teraz bez problemu ocenimy, czy zajdzie taka reakcja :

Al3+  + 3Ag ⟶ Al + 3Ag

W tej reakcji redukuje się kation glinu, a srebro się utlenia. A przecież przed chwilą powiedzieliśmy sobie, że z tej dwójki (glin i srebro) to srebro bardziej chce się redukować, więc niemożliwe żeby zaszła taka reakcja, gdzie to glin się redukuje. Czyli ta reakcja nie zachodzi!

I teraz zobacz, będzie dokładnie tak samo z reakcjami kwasów z zasadą. Musisz tylko uważać, bo zasada może być ukryta w postaci soli (przecież np. węglan sodu jest zasadą). Spróbujmy ocenić czy zajdzie taka reakcja :

HNO2 + NaClO ⟶ NaNO2 + HClO

Można powiedzieć, że w tej reakcji kwas HNO2 ulega dysocjacji. Przypomnij sobie tabelkę z wartościami Ka sprzed dosłownie chwili, gdzie oceniliśmy, że z dwójki kwasów HClO oraz HNO2 to faktycznie kwas azotowy(III) bardziej chce dysocjować! I u nas rzeczywiście tak się dzieje, a więc sukces − reakcja zachodzi! I teraz tak, niekoniecznie możesz to łatwo widzieć, więc warto powyższą reakcję zapisać sobie w postaci jonowej skróconej :

HNO2 + ClO NO2 + HClO

I co, łatwiej? Zauważ, że tę reakcję redoks też zapisaliśmy od razu w postaci jonowej skróconej, bo tak jest po prostu łatwiej to zauważyć! Poniżej ta sama reakcja redoks (która ustaliliśmy, że nie zachodzi), w której delikatnie ciężej zauważyć co się redukuje (glin), a co utlenia (srebro).

Al(NO3)3  + 3Ag ⟶ Al + 3AgNO3  

A więc podsumowując :

Błagam, nie ucz się jakichś głupich definicji, reguł, trików w stylu ,,Mocniejsze kwasy wypierają słabsze kwasy z ich soli” bo takiej paplaniny nie da się zapamiętać.

Ucz się mądrze i walcz ze szkolną przeciętnością.

Opisana tutaj metoda działa zawsze, dlatego też nie ma to znaczenia czy masz w zadaniu kwasy nieorganiczne czy organiczne. Czy fenole, czy kwasy karboksylowe, nie ma znaczenia. Zawsze robisz tak samo. 

2. Maturalne przykłady

Najlepiej uczyć się na maturalnych przykładach, zatem zaczynamy. Celem zadania będzie napisanie równań reakcji, obserwacji oraz ustalenie jaki był cel doświadczenia. Poniżej wartości stałych kwasowych dla kwasów występujących w tym zadaniu : musisz to odczytywać z tablic maturalnych oczywiście.

KwasH2CO3H2SO4fenol
Ka14,47 • 10ー71,02 • 10ー10
Ka24,68 • 10ー111,02 • 10ー2
2016 czerwiec − poziom rozszerzony (zadania 18−20).

Na pierwszy przykład trzeba uważać, jest on nieco trikowy! Mamy tam tlenek węgla, który wrzucamy do wodnego roztworu fenolanu sodu (C6H5ONa). A taka kombinacja CO2 + H2O to można by powiedzieć ,,prawie” kwas węglowy H2CO3 i tak możemy to w myślach traktować.

Na podstawie tablicy z wartościami stałych dysocjacji (Ka) bez problemu widzimy, że kwas siarkowy jest najmocniejszy, na drugim miejscu jest kwas węglowy, a na ostatnim fenol (najsłabszy kwas). Czyli H2SO4 najbardziej chce dysocjować, potem kwas węglowy, na końcu fenol.

Pierwsza reakcja polegałaby właśnie na dysocjacji kwasu węglowego, natomiast druga reakcja polegałaby na dysocjacji kwasu siarkowego. Zatem obie reakcje zachodzą. Jako, że na reakcje kwas−zasada wygodniej się patrzy w formie jonowej skróconej to podam obie wersje zapisu równania reakcji :

C6H5ONa + H2O + CO2 ⟶ C6H5OH + NaHCO3

C6H5O+ H2O + CO2 ⟶ C6H5OH + HCO3

Reakcja zachodzi bo kwas węglowy chętniej dysocjuje (H2O + CO2 ⟶ HCO3 ) niż fenol. Jak mamy do czynienia z kwasem wieloprotonowym to te reakcje można w różny sposób zapisać, bo może powstać sól albo wodorosól. Jeśli w zadaniu nic nie ma sprecyzowane o produktach to pisz jak wolisz.

2C6H5ONa + H2O + CO2 ⟶ 2C6H5OH + Na2CO3

2C6H5O + H2O + CO2 ⟶ 2 C6H5OH + 2CO32ー

Teraz reakcja w drugiej probówce :

H2SO4 + Na2CO3 ⟶ Na2SO4 + H2O + CO2

CO32ー + 2H+ ⟶ SO42ー + H2O + CO2

Reakcja zachodzi bo kwas siarkowy chętniej dysocjuje niż kwas węglowy. Celem doświadczenia było oczywiście porównanie mocy kwasów. Jakie natomiast były obserwacje w naszych probówkach? Probówka II to prosta sprawa, bo wydziela się gaz (CO2), pierwsza natomiast jest dużo trudniejsza. Trzeba tutaj zauważyć, że fenolan sodu, z którego startujemy jest dobrze rozpuszczalny w wodzie (związek jonowy), a powstający fenol już słabiej, zatem obserwacją będzie mętnienie roztworu.

W sumie nie wiem ile razy już Cię nabrałem na to, że będzie krótki post… Ale mam nadzieję, że wybaczysz!

Leave a Reply

%d bloggers like this: