تیتراسیون اسید و باز در محیط غیر آبی

فرمت: PDF تعداد صفحات: 8

فهرست:

• انواع حلال
  • حلال های آمفوتر
  • حلال های بی پروتون یا بی اثر
  • تفکیک در محیط های غیر آبی
  • اثر هم تراز کنندگی (Leveling Effect)

انواع حلال

1- حلال های آمفوتر

هم خاصیت اسیدی و هم خاصیت بازی داشته و خود پروتون كافت می شوند نظیر آمونیاک، اینگونه حلال ها اوتوپروتولز (خود یونش) می شوند به عبارتی یک مولکول حلال نقش اسيد برونستد و مولکول حلال دیگر نقش باز برونستد را دارد.

NH₃ + NH₃ → NH₄⁺ + NH₂^–

۲– حلال های بی پروتون یا بی اثر

خاصیت اسیدی یا بازی قابل توجهی ندارند و متحمل خود پروتون کافت محسوسی نمی شوند نظیر بنزن، تولوئن، CCI، پنتان و … تفکیک در محيط غير آبی برای توضیح ابتدا تفکیک در محيط آبی را نوشته و سپس آنرا با محيط غير آبی مقایسه می کنیم.

B+H₃O+ ↔ BH⁺ + H₂O

K واکنش فوق را میتوان از واکنش های زیر به دست آورد:

^–B+ H₂O ↔ BH⁺ + OH
^–H₂O + H₂O ↔ H₃O+ + OH

در واقع ثابت تعادل هرگونه ای در آب از رابطه زیر به دست می آید:

 K=K_b/K_w (ثابت تعادل)

از روی مقایسه، چنین رابطه ای برای گونه های اسیدی نیز صادق است

K=K_a/K_w (ثابت تعادل)

حال بحث را در محیط غير آبی نظیر انحلال یک بار در محیط اسید فرمیکی دنبال می کنیم:

HCOOH + HCOO ↔HCOOH₂⁺ + HCOO^–    , Ks

B+ HCOOH ↔ HCOO^– +BH⁺       K_b

K_s: ثابت خود پروتون كافت حلال

K_b :ثابت تفکیک بازی در محیط غيرآبی

از تلفیق در رابطه فوق خواهيم داشت:  K=K_b/K_s           B + HCOOH₂⁺ → BH⁺ + HCOOH

تمرين ۱: برای تیتر یک اسید یا باز ضعیف در محيط غير آبی کدام شرط برای حلال لازم نیست؟

۱) ثابت دی الکتریک حلال بالا باشد.
۲) ثابت خود پروتون کافتی حلال کوچک باشند.
۳) دمای حلال پایین باشد.
۴) حلالیت ماده حل شده در آن بالا باشد.

جواب: گزينه (۳) صحیح است

کامل شدن یک واکنش خنثی شدن با ثابت تفکیک اسید یا باز حل شده، نسبت مستقیم و با ثابت خود پروتون کافتی حلال نسبت عکس دارد. ثابت تفکیک به خواص اسیدی یا بازی و ثابت دی الکتریک حلال بستگی دارد. مطلوب آن است که ثابت دی الکتریک حلال بزرگتر باشد تا نیروی يونی بین یون های تفکیک شده، کم شده و تفکیک بیشتری انجام گیرد.

تمرین ۲: کدام حلال جزء حلال های آمفوتر است؟

1) بنزن     ۲) آمونیاک       3) تتراکلرید کربن          ۴) استن

جواب: گزینه (۲) صحیح است.

حلال های آمفوتر حلال هایی هستند که هم خاصیت اسیدی و هم خاصیت بازی دارند و خود پروتون كانت انجام می دهند، نظیر اسید سولفوریک، اسید استیک، آمونیاک و آب ….

NH₃ + NH₃ ↔ NH₄⁺ NH₂^–

حلال های بی پروتون (آپروتیک) یا بی اثر خاصیت اسیدی یا بازی قابل توجهی ندارند و متحمل خود بروتون كافت محسوسی نمی شوند، نظیر پیریدین، بنزن، CCI₄ و تولوئن، گروه دیگری از حلال های آیروتیک وجود دارند که قطبی هستند مانند دی متیل سولفوكسید (DMSO) یا دی متیل فرمامید (DMF) و یا هگزا متيل فسفو تری آمید (HMPT).

تمرین ۳: تیتراسیون ⁺NH₄ در اتانول به نحو رضایت بخش در مقایسه با آب صورت می گیرد، زیرا:

۱) اتانول دارای ثابت دی الکتریک بالاست.
۲) اتانول یک حلال بازی است.
۳) اتانول دارای ثابت خود پروتون كافت کم میباشد.
۴) موارد ۱ و ۲

جواب: گزينه (۳) صحیح است.

واکنش NH₄⁺با یک باز قوی در اتانول، به واسطه ثابت خود پروتون كافت کم حلال، بسیار کاملتر است.

حلال اسیدی قدرت بازی بازها را زیاد می کند. نظير آنیلین در اسید استیک گلاسیال

C₆H₅NH₂ +H₂O ↔ H₆H₅NH₃⁺  + OH^–     Kb=10^-10

چون K_b بسیار کوچک است، لذا نمی توان آنیلین را در آب تیتر نمود ولی در محیط اسید استیک گلاسیال داریم

C₆H₅NH₂ + CH₂COOH ↔ C₆H₅NH₃⁺ + CH3COO^–   K_b‘ > K_b

لذا تیتر آنیلین در محیط اسید استیک گلاسیال امکان پذیر است، به گونه ای که می توان آنیلین را با C₂H₅ONa در چنین جلالی تیتر کرد. حلال بازی قدرت اسیدی اسیدها را زیاد می کند. نظير فنل در اتانول

تمرین ۴: برای تیتر آنیلین کدام یک از حلال های زیر مناسب تر است؟ (Kb= 3.96 × 10^-10)

1) آب            2) اسید استیک یخی         3) اتیلن دی آمین          ۴) آمونیاک

جواب: گزينه (۲) صحيح است

در حلال های اسیدی نظیر اسید فرمیک و اسید استیک، خواص بازی ماده حل شده افزایش یافته مقابل، خواص اسیدی آن کاهش می یابد. بنابراین آنیلین که در آب تیتر نمی شود (به دلیل کوچکی K_b) در اسید استیک یخی به واسطه افزایش تمایل آن به واکنش با حلال به نحو محسوسی یک باز قوی تر است. لذا ثابت تعادل K’_b ، برای واکنش C₆H₅NH₂ + HOAc  ↔ C₆H₅NH₃⁺ +OAc به نحو بارزتری بزرگتر از K_b برای واکنش مشابه در آب است (C₆H₅NH₂ + H₂O ↔ C₆H₅NH₃⁺ + OH^–).

تمرین ۵: فیل اسیدی ضعیف با ۱۰=pK_a است. این اسید را نمی توان در آب تیتر نمود. کدام یک از حلال های زیر برای تیتر فنل مناسبند؟

1) حلال پنتان         ۲) الكل و آب          ۳) اتیلن دی آمین بدون حضور آب          ۴) کلروفرم

جواب: گزينه (۳) صحيح است.

اتیلن دی آمین جزء حلال های بازی است و خاصیت اسیدی فنل را افزایش می دهد. پنتان و کلروفرم جزء حلال های بی پروتون محسوب می شوند.

ثابت دی الکتریک (ε)

ثابت دی الکتریک تعيين کننده توانایی حلال برای جداسازی یونهای با بار مخالف است. مطلوب آن است که ثابت دی الکتریک حلال زیاد باشد تا طبق قانون کولمب نیروی جاذبه بين يون های با بار مخالف تقلیل یافته و تفکیک راحت تر صورت گیرد.

F=q₁q₂ / 4πεr²

به عنوان مثال، آب با داشتن ۷۹=ε نسبت به اتانول با ۲۴= ε از لحاظ توانایی برای تفکیک یون های با بار مخالف، حلال بهتری است. به عبارتی جاذبه های الکترواستاتیک جسم حل شدنی در آب نسبت به خلاء ۷۹ بار کاهش یافته است.

– اگر واکنش تفکیک شامل جدا شدن بارها نباشد در آن صورت قدرت اسید یا باز چندان تحت تاثیر ثابت دی الکتریک یک حلال قرار نمی گیرد.

NH₄⁺ +H₂O ↔ NH₃ + H₃O⁺

تمرین ۶: در تیتراسیون اسید و باز در محيط غير آبی ثابت خود پروتونه شدن حلال و ثابت دى الکتریک چه وضعی داشته باشد بهتر است؟

۱) هر دو هر چه کوچکتر    ۲) هر دو هر چه بزرگتر    ۳) اولی کوچکتر و دومی بزرگتر      ۴) فقط اولی هر چه بزرگتر

جواب: گزينه (۳) صحيح است

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ گراویمتری یا وزن سنجی در شیمی تجزیه

⇐ مقدمه ای بر شیمی تجزیه و یکاهای غلظت

⇐ ارزیابی آماری داده ها و کاربرد آن در شیمی تجزیه

⇐ روش اصولی برای انجام محاسبات تعادلی و محاسبه PH