JÄMVIKT i LÖSNING A: Kap 12 Föreläsning 3(3) mer löslighetsprodukt! HT2011 JV FLS 3(3) KEM A02 Allmän- och oorganisk kemi JÄMVIKT i LÖSNING A: Kap 12 Föreläsning 3(3) mer löslighetsprodukt!

Repetition Henderson-Hasselbach ekvationen för beräkning av pH i ”buffert” - OK att använda - viktigast att förstå när den är applicerbar - egentligen helt onödig! Buffertkapacitet bra pH område ca ; pKa – 1 < pH < pKa + 1 Utseende titrerkurva Stark syra + stark bas; ekvivalenspunkt vid pH = 7 - Svag syra + stark bas; ekvivalenspunkt vid pH > 7 (stark bas genereras) - Svag bas + stark syra; ekvivalenspunkt vid pH < 7 (stark syra genereras) - Titrerkurva polyprotolyter; H2SO4, H2SO3, H2CO3, H3PO4 + stark bas (OH-) Indikatorer - Funktion och använding (varför fungerar de? Matchning av indikator  titrering) Löslighetsprodukt – mer om detta idag!

12.9 ”The common ion effect” utsaltning[utfällning] genom tillsats av samma jonslag BAKGRUND Många metalljoner bildar hydroxider vid pH  7 som faller ut. [jfr deponier!] Den fria metalljonhalten bestäms av löslighetsprodukten, Ksp REAKTION – exempel Al3+ Al3+(aq) + 3 H2O Al(OH)3(s) + 3H+ Reaktion ger sur lösning! ÖVER pH ca 7.5 löses hydroxiden delvis upp: Al(OH)3(s) Al3+(aq) + 3 OH-(aq) Ksp= 1.0E-33 Tabell 12.4 a=1 s 3s Uppskattning av ungefärlig halt Al3+ över Al(OH)3(s): s(3s)3 = Ksp s = 2.5E-9 M ALLTSÅ: Mycket låg halt Al3+(aq) FRÅGA: Kan man sänka halten Al3+(aq) ytterligare? ETT RIKTIGT EXEMPEL (oktober 2010)    

Strategi för sänkning av metalljonhalt TILLSATS AV MER OH-  SKJUTER JÄMVIKTEN ÅT VÄNSTER dvs åt reaktanter BERÄKNING för olika [OH-] Al(OH)3(s) Al3+(aq) + 3 OH-(aq) Ksp= 1.0E-33 Tabell 12.4 a = 1 s [OH-] HÄR: Ksp = s[OH-]3 [OH-] Ksp s = [Al3+(aq)] 1E-7 s(1E-7)3 1.0E-12 0.1 s(0.1)3 1.0E-30 1.0 s(1.0)3 1.0E-33 4.0 s(4.0)3 1.5E-35   SLUTSATS: Förvaring i basisk miljö minimerar Al3+(aq) MEN! Det blir problem då det läcker ut och pH stiger!

Vad finns mer i rödslam? bildas vid framställing av Al(s) Bauxiten består av aluminiumoxid och aluminiumhydroxid, men även järnmineral*, titanoxider** och aluminiumsilikater***.[1] *Sannolikt Fe(OH)3(s) dvs rost! ** Tex TiO, – vitt pigment som används i färg *** Silikater SiO2 – vanlig sand VAD ÄR FARLIGT?! OH-(aq) pga det höga koncentrationen NaOH/KOH täcker sannolikt torra partiklar - Tungmetaller kan inte uteslutas; ex) Hg, Cr, As - Partiklar [1] KÄLLA: Jernkontorets forskning; Rapport nr D182, 2004-08-16 U Lindunger & E Stark

Beräkna effekten av ”utsaltning” EXEMPEL 12.9 Beräkna lösligheten av AgCl(s) i NaCl(aq) VAD VÄNTAR VI OSS? !

12.10 Utfällningar Selektiv utfällning som analysredskap PROBLEM: Analys av lösningar med flera metalljoner STRATEGI: Fäll ut metaljonerna selektivt tex vid olika pH och/eller tillsatser  analys av färre metaljoner åt gången Fe2+(aq) Ni2+(aq) + OH- + OH- Ag+ (aq) Ni2+(aq) Ag+ (aq) Ag+ (aq) Fe(OH) 2(s) Ni(OH)2(s)

Hur vet man att ”allt” faller ut och att rätt jon finns i lösning? Fe2+(aq) Ni2+(aq) + OH- + OH- Ag+ (aq) Ni2+(aq) Ag+ (aq) Ag+ (aq) Fe(OH)2(s) Ni(OH)2(s) SVAR: Löslighetskonstanterna bestämmer! REDKAP: Fällning bildas då Q* > Ksp För upplösning av salt M(OH)n är Q = [Mn+]start([OH] start)n JFR reaktionen: M(OH)n  Mn+ + n OH-

Blandning av 2 lösningar – vad faller ut? EXEMPEL 12.10 Faller något ut om lika volymer 0.2 M Pb(NO3)2(aq) och KI(aq) blandas?

12.11 Selektiv utfällning Användning av Ksp för att förutsäga i vilken ordning salter faller ut EXEMPEL 12.11 Utfällning av Mg2+ och Ca2+ ur havsvatten m.hj.a. fast NaOH(s)

12.12 Att lösa upp utfällningar Fe2+(aq) Ni2+(aq) + OH- + OH- Ag+ (aq) Ni2+(aq) Ag+ (aq) Ag+ (aq) Fe(OH)2(s) Ni(OH)2(s) Måste lösas upp innan analys STRATEGI: Manipulering av jämviktsläget Ni(OH)2(s) Ni2+(aq) + 2 OH-   + H3O+ 2 H2O

Strategier exempel olika salter HYDROXIDER – tillsats av syra Ex) Ni(OH)2(s) Ni2+(aq) + 2 OH- (aq) OH- + H3O+ 2 H2O RESULTAT: mer Ni2+ i lösning KARBONATER – tillsats av syra Ex) ZnCO3(s) Zn2+(aq) + CO32- (aq) CO32- + 2 H3O+ H2CO3 RESULTAT: mer Zn2+ i lösning SULFIDER – tillsats av oxiderande syra Ex) CuS(s) Cu2+ (aq) + S2- (aq) 3 S2- + 8 HNO3 2 S(s) + 2 NO(g) + 4 H2O(l) + 6 NO3- RESULTAT: mer Cu2+ i lösning            

12.13 Komplexbildning Ytterligare en strategi för upplösning av svårlösliga salter SPECIELLT LÄMPLIG FÖR ÖVERGÅNGSMETALLERNA! Fenomen: ”Maskering av metalljoner” Ag+   AgCl(s) Ag+(aq) + Cl- (aq) Ag+(aq) + 2 NH3 (aq) Ag(NH3)2+(aq)   Ag+ EXEMPEL 12.12: Hur mycket AgCl(s) löses i 0.1 M NH3 ?

PROBLEM: Komplexa provblandingar svåranalyserade 12.14 Kvalitativ analys PROBLEM: Komplexa provblandingar svåranalyserade STRATEGI: Separera h.hj.a selektiv utfällning standardiserade metoder finns med protokoll! + HCl(aq) + H2S(g) + NH3(aq) Analys av ovan- lösning Dekantera ovanlösningen Dekantera ovanlösningen PROV SUR SUR BASISK Svårlösliga klorider Svårlösliga sulfider Mer lättlösliga sulfider Hg2Cl2 PbCl2 AgCl Sb2S3 Bi2S3 HgS, CuS, CdS ZnS, NiS FeS, MnS