Investeşteîn oameni ! FONDUL SOCIAL EUROPEAN ProgramulOperaţionalSectorialpentru DezvoltareaResurselorUmane 2007 –2013 Axa prioritarănr. 1 „Educaţiaşiformareaprofesionalăînsprijinulcreşteriieconomiceşidezvoltăriisocietăţiibazatepecunoaştere” Domeniulmajor de intervenţie 1.2 „ Calitateînînvăţământulsuperior ” Numărulde identificareal contractului: POSDRU/156/1.2/G/138821 Beneficiar: UniversitateaPOLITEHNICA din Bucureşti Titlulproiectului : Calitate,inovare,comunicare-instrumenteeficienteutilizatepentrucreştereaaccesuluişipromovabilităţiiînînvăţământulsuperiortehnic Activitatea A5. Introducerea unor module specifice de pregătire a studenţilor în vederea asigurării de şanse egale MODUL DE INSTRUIRE: CHIMIE Curs: 8 Grupele: C2, C3, C5, C6, C7, C8, C9, C10, C11, C12 Formatori: Neacșu Ionela Andreea, Oprea Ovidiu Cristian, Sava Daniel Florin, Tomas Ștefan Theodor 1 POSDRU/156/1.2/G/138821
Transcript
Investeşte în oameni !FONDUL SOCIAL EUROPEANProgramul Operaţional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 –2013 Axa prioritară nr. 1 „Educaţiaşiformareaprofesionalăînsprijinulcreşteriieconomiceşidezvoltăriisocietăţiibazatepecunoaştere”Domeniul major de intervenţie 1.2 „Calitateînînvăţământulsuperior”
Numărulde identificareal contractului:POSDRU/156/1.2/G/138821 Beneficiar:UniversitateaPOLITEHNICA din BucureştiTitlulproiectului: Calitate, inovare, comunicare-instrumenteeficienteutilizatepentrucreştereaaccesuluişipromovabilităţiiînînvăţământulsuperior tehnic
Activitatea A5. Introducerea unor module specifice de pregătire a studenţilor în vederea asigurării de şanse egale
ȋn urma reacţiei dintre un acid şi o bază vor fi de patru feluri:
1. Săruri provenite de la un acid tare şi o bază tare (AT.BT). Aceste săruri nu pot
suferi reacţii de hidroliză. Ele se dizolvă ȋn apă, printr-un proces fizic, pH-ul
soluţiei rezultate fiind egal cu 7.
Intrucât acidul este tare, ȋn apă va fi complet disociat (la fel şi ȋn cazul bazei):
HCl + H2O → Cl- + H3O+
NaOH + H2O → Na+(aq) + HO-
In urma reacţiei stoichiometrice dintre cele două substanţe rezultă clorura de sodiu,
cantităţile de H3O+ şi HO- fiind egale şi neutralizându-se reciproc.
HCl + NaOH → Na+ + Cl- + H2O
Clorura de sodiu se dizolvă ȋn apă, dar nu hidrolizează.
2. Săruri provenite de la un acid tare şi o bază slabă (AT.BS). Aceste săruri suferă
reacţii de hidroliză, soluţiile având un caracter slab acid, pH < 7.
3
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
Tipuri de reacţii ale acizilor
Proprietăţile acizilor pot fi ilustrate prin mai multe tipuri de reacţii:
- reacţii acid bază
HCl + NaOH → NaCl + H2O
- reacţii cu metale
Acizii reacţionează ȋn general cu metalele aflate ȋnaintea hidrogenului ȋn seria de
activitate. Există şi excepţii ȋn care metalul se acoperă cu un strat protector de oxid sau
sare, compact, inert faţă de acţiunea ulterioară a acidului, fenomen care se numeşte
pasivare. In cazul ȋn care acidul are şi caracter oxidant (H2SO4, HNO3 etc) sau se adaugă ȋn
mediul de reacţie un agent oxidant, este posibilă şi reacţia cu metale aflate după hidrogen
ȋn seria de activitate.
HCl + Fe → FeCl2 + H2↑
HCl + Cu nu reacţionează
8 HNO3 + 3 Cu → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO↑ + 4 H2O
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
4
Acizii pot reacţiona cu săruri ale acizilor mai slabi sau cu săruri ale
altor acizi tari dacă ȋn urma reacţiei rezultă un precipitat sau un gaz.
CH3COONa + HCl → CH3COOH + NaCl
(CH3COOH este acid slab, HCl este acid tare)
Na2S + 2 HCl → 2 NaCl + H2S↑
(H2S este acid mai slab faţă de HCl)
Na2CO3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2O + CO2↑
(H2CO3 este un acid slab şi instabil)
2NaCl +H2SO4 →Na2SO4 + 2HCl↑
(HCl şi H2SO4 ȋn apă au aceeaşi tărie; HCl gaz)
BaCl2 + H2SO4 → BaSO4↓ + 2 HCl
(BaSO4 este precipitat deci părăseşte sistemul)
AgNO3 + HCl → AgCl↓ + HNO3
(AgCl este precipitat deci părăseşte sistemul)
Reacţii cu transfer de electroni - acizi şi baze Lewis
• La baza conceptului Lewis stă reacţia de formare a unuicomplex A ← B, ȋn care A (având orbitali vacanti) se leagă de :Bprin perechea de electroni a acestuia. In accepţiunea lui Lewisacizii sunt acele substanţe care acceptă electroni, iar bazelesunt substanţe care cedează electroni.
• Protonul (H+) prezintă şi aciditate Lewis ȋntrucât poate acceptaelectroni, iar ionul hidroxil HO- prezintă bazicitate Lewisȋntrucât poate ceda electroni. In consecinţă, teoria aciditatiiformulată de Brönsted poate fi considerată un caz particular alteoriei enunţate de Lewis.
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
5
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
6
Toţi acizii Brönsted sunt şi acizi Lewis şi toate bazele
Brönsted sunt şi baze Brönsted. De fapt corect este să se
spuna ca acizi şi bazele Brönsted prezintă şi aciditate sau
bazicitate Lewis. Reacţiile de tip acid – bază sunt definitorii
pentru substanţele care prezinta aciditate Brönsted, şi aceste
substanţe participă la puţine reacţii ȋn care să nu-şi manifeste
acest caracter. In cazul acizilor şi bazelor Lewis aceste reacţii
nu sunt definitorii, ele putând să participe la o varietate de
tipuri de reacţii.
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
7
Clasificarea speciilor chimice care prezintă aciditate sau bazicitate de tip Lewis
O clasificare simplă a substanţelor ce prezintă aciditate Lewis poate fi făcută ȋn
modul urmator:
1. Cationii metalici - pot primi o pereche de electroni puşi la dispozitie de o bază
(spre exemplu compuşii coordinativi). In compuşi precum [Fe(H2O)6]3+ sau [Co(H2O)6]2+
ionul metalic acceptă electronii pe orbitali vacanti (orbitali hibrizi sp3d2 sau d2sp3), de la
atomul de oxigen al apei. Practic toate combinaţiile complexe se obţin ȋn urma unor astfel
de procese.
2. O moleculă cu octetul incomplet ȋşi poate realiza completarea acestuia prin
acceptarea unei perechi de electroni.
BH3 + :NH3 → H3B ← :NH3 (reacţii asemanatoare se pot scrie pentru diverşi compuşi ai
borului BBr3, B(CH3)3 etc)
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
8
Există şi ȋn cadrul teoriei Lewis substanţe ce pot acţiona ca acizisau ca baze ȋn funcţie de reacţie. Se pot distinge următoarelecazuri:
• a. Molecule ce prezintă atât centre deficitare ȋn electroni cât şicentre donoare de electroni pot forma legături intra sau intermoleculare. Spre exemplu, BF3 este o moleculă deficitară ȋnelectroni, dar aciditatea Lewis este scazută ȋntrucât orbitalulvacant al borului (hibridizat sp2) este deja implicat ȋntr-olegătură π delocalizată cu atomii de fluor.
F
B
F F
Be
Cl
Cl Cl
Cl
Be
Cl
Cl
Be
BH3 este un caz aparte, el dimerizează formând B2H6 ȋn care
apar legături bielectronice tricentrice (structura este
asemănătoare cu cea a Al2Cl6).
Din motivele arătate anterior ȋn seria halogenurilor borului
aciditatea cea mai mare este prezentă ȋn cazul BCl3 (cu cât
halogenul este mai electronegativ cu atât deficitul electronic pe
atomul de bor este mai pronunţat, dar ȋn cazul BF3 apar legături π
intramoleculare care stabilizează molecula). In cazul Cl sau Br
orbitalli 3p şi respectiv 4p nu mai pot forma legături π stabile cu
orbitalul 2p al B (orbitalii devenind din ce ȋn ce mai mari şi mai
difuzi, nu se poate realiza o bună suprapunere a acestora,
diferenţa energetică fiind mare ȋntre ei). Astfel, chiar şi BI3
prezintă o aciditate Lewis superioară BF3.
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
9
BCl3 > BBr3 > BI3 > BF3
• b. Molecule precum SnCl2 pot da naştere unor specii care au
atât caracter de acid cât şi de bază Lewis:
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
10
SnCl2 + Cl- → [:SnCl3]-
[:SnCl3]- + Mn(CO)5 → Cl3Sn:→Mn(CO)5
[:SnCl3]- + Cl- → [:SnCl4]
2-
Molecule precum SO2 care prezintă electroni neparticipanţi
pe mai multe tipuri de atomi (şi la S şi la O) pot funcţiona ca
baze Lewis fie prin atomul de S fie prin cel de O, ȋn funcţie
de condiţiile de reacţie.
• 3. O moleculă sau un ion cu octetul complet ȋsi poate
rearanja electronii de valenţă şi poate accepta o pereche
suplimentară de electroni de la o bază. La formarea
HCO3-, molecula de CO2 suferă rearanjări, carbonul
devenind deficitar ȋn electroni, acceptă o pereche de
electroni de la atomul de oxigen al ionului HO- şi se
comportă ca un acid Lewis:
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
11
O
C
O-
OH
O C O C OO- + HO
-
O
S
O O
+ S
HOOH
O
O
SO
O
O
HO
S
OH
O
O
•4. O moleculă sau un ion ȋşi poate extinde octetul (adică ȋşi modifică
hibridizarea de la sp3 la sp3dn) pentru a putea accepta ȋn continuare
perechi de electroni. O condiţie esenţială este ca atomul central să posede
orbitali vacanti de tip d, deci trebuie să fie cel puţin din perioada a treia a
sistemului periodic.
SiO2 + 4 HF → SiF4 + 2 H2O
SiF4 + 2 HF → H2[SiF6]
SbF5 + 2 HF → [SbF6][H2F]
Reacţii asemănătoare se pot scrie pentru SiX4, AsX3, PX5.
• 5. O moleculă cu ȋnveliş electronic complet poate folosi unul din
orbitalii moleculari de antilegatură pentru a accepta o pereche de
electroni de la o baza Lewis. TCNE (tetraciano etilena) acceptă
electronii ȋn orbitalii de antilegatură vacanţi π*. In mod asemănător se
comportă şi acidul picric.
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
12
Tipuri de reacţii acid – baza Lewis
• 1. Reacţii simple de combinare
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
13
A + :B → A←:B
BF3 + :NH3 → F3B-NH3
SO3 + :O(CH3)2 → O3S-O(CH3)2
Aceste reacţii sunt ȋn general
exoterme, perechea de
electroni donată de bază
fiind de obicei dintr-un
orbital de antilegatura, deci
mai bogat ȋn energie.
LUMO
HOMO
OML
OMAL
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
14
2. Reacţii de deplasare
B:→A + :B’ → :B + B’:→A
R
O
R
B
F
F
F
+ N
R
O
R F
B
F
F N+
Atomul de azot cu o electronegativitate mai mică decât
cea a oxigenului prezintă o bazicitate mai mare şi deci
cedează mai usor electroni pentru a forma legătura cu
BF3.
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
15
3. Reacţii de dubla deplasare:
B:→A + B’:→A’ →B’:→A + B:→A’
Exemplu: R3Si-I + AgBr →R3Si-Br + AgI
Reacţia are loc pentru că AgI prezintă o solubilitate mai
scazută decât cea a AgBr.
Variaţia acidităţii şi bazicităţii Lewis este influenţată de câţiva
factori importanţi: sarcina sau starea de oxidare, volumul,
electronegativitatea, natura substituenţilor, existenţa legăturilor
π, efectele sterice.
Cu cât sarcina este mai mare cu atât un cation va prezenta
aciditate mai mare. In consecinţă Fe3+ este mai acid faţă de Fe2+.
Un atom central mai electronegativ va ceda mai greu electroni şi
deci va prezenta o bazicitate mai redusă. Grupele şi atomii legaţi
de atomul central pot modifica proprietăţile acido-bazice ale
substanţei prin micşorarea sau creşterea densităţii electronice. O
densitate electronică mai mică va determina o bazicitate de tip
Lewis mai redusă. Astfel NF3 are o bazicitate mai mică
comparativ cu NH3 (atomii de fluor au caracter electronegativ
