Κοινές ιδιότητες των υδατικών διαλυμάτων των οξέων. Μερικές χαρακτηριστικές περιπτώσεις που η όξινη (ξινή) γεύση των οξέων γίνεται αντιληπτή.

Transcript

1 1.1 Ιδιότητες των οξέων Κοινές ιδιότητες των υδατικών διαλυμάτων των οξέων. 1. Τα διαλύματα των οξέων έχουν όξινη γεύση. Μερικές χαρακτηριστικές περιπτώσεις που η όξινη (ξινή) γεύση των οξέων γίνεται αντιληπτή. όταν πίνουμε ένα φυσικό χυμό πορτοκαλιού ή λεμονιού (περιέχουν κιτρικό οξύ). όταν τρώμε τη σαλάτα μας με ξίδι (περιέχει οξικό οξύ). όταν τρώμε γιαούρτι (περιέχει γαλακτικό οξύ). 2. Τα διαλύματα των οξέων μεταβάλλουν το χρώμα των δεικτών. Οι δείκτες είναι χημικές ουσίες οι οποίες με την παρουσία οξέων αλλάζουν χρώμα. Για παράδειγμα, αν προσθέσουμε λίγες σταγόνες του δείκτη μπλε της βρομοθυμόλης στο διάλυμα οποιουδήποτε οξέος, το διάλυμα θα πάρει κίτρινο χρώμα. Δείκτης Όξινο διάλυμα Καθαρό νερό μπλε της βρομοθυμόλης κίτρινο πράσινο βάμμα ηλιοτροπίου κόκκινο ιώδες (μοβ) ηλιανθίνη κόκκινο κίτρινο φιανολοφθαλείνη άχρωμο άχρωμο 5

2 3. Τα διαλύματα των οξέων αντιδρούν με ανθρακικά άλατα (π.χ μαγειρική σόδα και μάρμαρο). Από τις αντιδράσεις αυτές παράγεται διοξείδιο του άνθρακα. οξύ + ανθρακικό άλας + διοξείδιο του άνθρακα Παραδείγματα Αν ρίξουμε ξίδι πάνω σε μαγειρική σόδα ή σε μικρά κομμάτια μαρμάρου, θα παρατηρήσουμε σχηματισμό φυσαλίδων. Το οξικό οξύ που περιέχεται στο ξίδι αντιδρά με τη σόδα. Από τη χημική αντίδραση παράγεται ένα αέριο σε μορφή φυσαλίδων, το διοξείδιο του άνθρακα. Παρόμοια φαινόμενα θα παρατηρήσουμε αν αντί για ξίδι χρησιμοποιήσουμε χυμό λεμονιού. οξύ + μάρμαρο + διοξείδιο του άνθρακα οξύ + μαγειρική σόδα + διοξείδιο του άνθρακα 4. Ορισμένα δραστικά μέταλλα αντιδρούν με διαλύματα οξέων ελευθερώνοντας αέριο υδρογόνο. οξύ + μέταλλο + υδρογόνο Παράδειγμα Αν βάλουμε σε ένα δοκιμαστικό σωλήνα μικρά κομμάτια ψευδαργύρου και ρίξουμε μέσα διάλυμα υδροχλωρίου, θα παρατηρήσουμε παραγωγή ενός αερίου. Το αέριο αυτό είναι το υδρογόνο. 6

3 Προσοχή! Μερικά μέταλλα, όπως ο χαλκός, δεν αντιδρούν με αυτά τα διαλύματα. Cu χαλκός Pt λευκόχρυσος Hg υδράργυρος Au χρυσός Ag άργυρος Παρατήρηση Όπως παρατηρούμε για να μπορεί να πραγματοποιηθεί η αντίδραση οξύ + μέταλλο + υδρογόνο απαιτείται το μέταλλο να είναι δραστικότερο του υδρογόνου δηλαδή δεξιότερα στη σειρά δραστικότητας των μετάλλων ΣΕΙΡΑ ΔΡΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΟΡΙΣΜΕΝΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Pt, Au ΑΥΞΗΣΗ ΔΡΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Όξινος χαρακτήρας Το σύνολο των κοινών ιδιοτήτων των διαλυμάτων των οξέων ονομάζεται όξινος χαρακτήρας. Τα υδατικά διαλύματα των οξέων: 1. έχουν χαρακτηριστική ξινή (όξινη) γεύση. 2. μεταβάλλουν το χρώμα των δεικτών. 3. αντιδρούν με τα ανθρακικά άλατα και παράγεται διοξείδιο του άνθρακα. 4. αντιδρούν με πολλά μέταλλα και παράγεται υδρογόνο. 7

4 Μέρος Β Εργασία στην τάξη 1. Στο παρακάτω σχήμα φαίνονται τρεις δοκιμαστικοί σωλήνες που περιέχουν διάλυμα οξέος περιεκτικότητας 3,0 % w/v. Σε καθέναν από αυτούς προσθέτουμε ένα κύβο μετάλλου ακμής 1cm. Αλουμίνιο Σίδηρος Χαλκός Μπορείτε να συμβουλευτείτε τη σειρά δραστικότητας των μετάλλων Δίνονται οι παρακάτω πυκνότητες Υλικό Πυκνότητα (g/cm) Αλουμίνιο 2,70 Σίδηρος 7,80 Χαλκός 8,90 α. Να υπολογίσετε ποσά g ζυγίζει ο κάθε κύβος. Αλουμίνιο: Σίδηρος: Χαλκός: 8

5 β. Να υπολογίσετε ποσά g οξέος περιέχονται σε κάθε δοκιμαστικό σωλήνα. δ. Να βρείτε σε ποιούς δοκιμαστικούς σωλήνες θα γίνει χημική αντίδραση και να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. γ. Ποιο αέριο θα απελευθερωθεί από τη χημική αντίδραση. Μέρος Γ Εργασία στο σπίτι 1. Αν θέλατε να αποθηκεύσετε διάλυμα οξέος σε μεταλλικό δοχείο. Θα επιλέγατε ένα δοχείο α. σιδερένιο β. χάλκινο γ. αλουμινένιο Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. 9

6 2. Στο παρακάτω πείραμα γίνεται χημική αντίδραση κατά την οποία παράγεται διοξείδιο του άνθρακα. 2 1 Στο δοχείο (1) μπορούμε να τοποθετήσουμε τρίματα από ασβεστόλιθος μάρμαρο κιμωλία κέλυφος οστράκων τσόφλι αυγού μαγειρική σόδα σε σκόνη α. Ποια χημική ένωση υπάρχει σε όλα τα παραπάνω η οποία αντιδρά με αποτέλεσμα να παράγεται διοξείδιο του άνθρακα. β. Το δοχείο (2) περιέχει υδατικό διάλυμα. Τι είδους χημική ένωση είναι η διαλυμένη ουσία; γ. Η περιεκτικότητα του διαλύματος στο δοχείο (2) είναι 5% w/v. Ποσά g διαλυμένης ουσίας περιέχεται στο διάλυμα;. 10

7 1.2 Οξέα κατά Arrhenius Η ύπαρξη κοινών ιδιοτήτων σε όλα τα υδατικά διαλύματα των οξέων ερμηνεύτηκε από το Σουηδό χημικό S. Arrhenius το Σύμφωνα με τη θεωρία αυτή: Οξέα είναι οι υδρογονούχες ενώσεις που όταν διαλυθούν στο νερό δίνουν, λόγω διάστασης, κατιόντα υδρογόνου Η +. Οι κοινές ιδιότητες των υδατικών διαλυμάτων των οξέων οφείλονται στα κατιόντα υδρογόνου (Η + ) που περιέχουν όλα τα διαλύματα των οξέων. Πίνακας με τα ιόντα που παρέχουν τα πιο συνηθισμένα οξέα, όταν διαλύονται στο νερό. Όνομα οξέος Διάλυμα οξέος Κατιόν Ανιόν Όνομα ανιόντος υδροχλώριο HCl (aq) H + (aq) +Cl - (aq) ιόν χλωρίου θειϊκό οξύ H 2 SO 4 (aq) 2H + (aq) +SO 4 2- (aq) θειϊκό ιόν νιτρικό οξύ HNO 3 (aq) H + (aq) +NO 3 - (aq) νιτρικό ιόν οξικό οξύ CH 3 COOH(aq) H + (aq) +CH3COO - (aq) οξικό ιόν 11

8 1.3 Η κλίμακα ph ως μετρό οξύτητας Το ph ενός υδατικού διαλύματος. Η οξύτητα είναι μια μετρήσιμη ιδιότητα των διαλυμάτων, η οποία εκφράζει το πόσο όξινο είναι ένα διάλυμα. Όσο περισσότερα κατιόντα υδρογόνου (H + ) υπάρχουν σε ορισμένο όγκο ενός διαλύματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η οξύτητά του. Η επικρατέστερη έκφραση για την περιεκτικότητα αυτή είναι ένας αριθμός, το ph του διαλύματος. Δηλαδή Το pη ενός υδατικού διαλύματος είναι ένας αριθμός που εκφράζει την περιεκτικότητα του διαλύματος σε κατιόντα υδρογόνου (Η + ). Στα διαλύματα των οξέων, το ph παίρνει τιμές μικρότερες από 7 και μεγαλύτερες από 0, εφόσον βρίσκονται σε θερμοκρασία 25 0 C. Όσο πιο μικρό είναι το pη ενός υδατικού διαλύματος τόσο πιο όξινο είναι το διάλυμα αυτό, 12

9 1.4 Το ph του καθαρού νερού Έχει βρεθεί πειραματικά ότι το νερό, ακόμα και όταν δεν περιέχει καμία διαλυμένη ουσία, περιέχει πάντοτε ένα σχετικά μικρό αριθμό κατιόντων υδρογόνου. Επομένως και στο καθαρό νερό υπάρχει κάποια περιεκτικότητα σε κατιόντα Η +, οπότε αντιστοιχεί ορισμένη τιμή ph. Η παρουσία αυτών των κατιόντων οφείλεται στο γεγονός ότι ένα πάρα πολύ μικρό ποσοστό των μορίων του νερού δίνει ιόντα, σύμφωνα με τη χημική εξίσωση. Από ένα δισεκατομμύριο μόρια νερού μόνο τέσσερα δίνουν κατιόντα Η + και ανιόντα ΟΗ -. H 2 0 (l) H + (aq) + OH - (aq) πλήθος Η + (aq) = πλήθος ΟΗ - (aq) ph = 7 (στους 25 0 C) Από την παραπάνω χημική εξίσωση προκύπτει ότι, από τα μόρια του νερού: α) παράγονται κατιόντα υδρογόνου(η + ) και ανιόντα υδροξειδίου (ΟΗ - ) β) ο αριθμός των κατιόντων υδρογόνου που παράγονται είναι ίσος με τον αριθμό των ανιόντων υδροξειδίου. Το ίδιο pη με το καθαρό νερό (pη=7) έχουν και όλα τα υδατικά διαλύματα στα οποία ισχύει η σχέση πλήθος Η + (aq) = πλήθος ΟΗ - (aq) στους 25 0 C. Τα διαλύματα αυτά ονομάζονται ουδέτερα. Παραδείγματα: το υδατικό διάλυμα ζάχαρης και το υδατικό διάλυμα του χλωριούχου νατρίου. 13

10 1.5 Το ph των όξινων διαλυμάτων Όπως είδαμε, όταν ένα οξύ διαλύεται στο νερό, παρέχει κατιόντα υδρογόνου. Επομένως, στα διαλύματα των οξέων τα ιόντα Η + θα είναι περισσότερα από τα ιόντα ΟΗ -. Έτσι, σε κάθε υδατικό διάλυμα οξέος ισχύουν: πλήθος Η + (aq) > πλήθος ΟΗ - (aq) pη < 7(στους 25 0 C) Προσοχή! Αραίωση και συμπύκνωση διαλύματος Όταν προσθέτουμε νερό σε όξινο διάλυμα (δηλαδή όταν το αραιώνουμε) το διάλυμα γίνεται λιγότερο όξινο. Επομένως, το pη του διαλύματος αυξάνεται. Όσο νερό και αν προσθέσουμε σε ένα όξινο διάλυμα, το διάλυμα θα παραμείνει όξινο, δηλαδή το pη του θα είναι πάντα μικρότερο από 7. Όταν προσθέτουμε οξύ σε όξινο διάλυμα το διάλυμα γίνεται περισσότερο όξινο. Επομένως, το pη του διαλύματος μειώνεται. 14

11 1.6 Η μέτρηση του ph Το pη ενός διαλύματος μπορούμε να το μετρήσουμε με πεχάμετρο ή πεχαμετρικό χαρτί. Το πεχάμετρο είναι ένα ηλεκτρικό όργανο το οποίο χρησιμοποιείται για την ακριβή μέτρηση του pη ενός διαλύματος. Το πεχαμετρικό χαρτί είναι ένα ειδικό απορροφητικό χαρτί εμποτισμένο με μείγμα δεικτών, (δείκτης Universal ή γενικός δείκτης), το οποίο αλλάζει χρώμα ανάλογα με το pη του διαλύματος. Συγκρίνοντας το χρώμα που παίρνει το πεχαμετρικό χαρτί με τη χρωματική κλίμακα που υπάρχει στη συσκευασία του κουτιού, μπορούμε να προσδιορίσουμε εύκολα το pη του διαλύματος, αλλά όχι με μεγάλη ακρίβεια. 15

12 Μέρος Β Εργασία στην τάξη 1. Να συμπληρώσετε τον παρακάτω πινάκα που αναφέρεται στη διάσταση οξέων. Όνομα οξέος Διάλυμα οξέος Κατιόν Ανιόν Όνομα ανιόντος υδροχλώριο + + θειϊκό ιόν +NO 3 - (aq) CH 3 COOH(aq) + 2. Δίνονται οι παρακάτω χημικές αντιδράσεις α. Να συμπληρώσεις τις παρενθέσεις. β. Να ισοσταθμίσεις τις αντιδράσεις. γ. Κάτω από κάθε αντιδρών να γράψεις «Μ» για μέταλλο «Ο» για οξύ και «ΑΑ» για ανθρακικό άλας. δ Για κάθε ένα από τα αντιδρώντα και για το αέριο από τα προϊόντα να γράψεις ολογράφως την ονομασία του στοιχείου ή της ένωσης ακριβώς κάτω από το μοριακό τύπο. Zn(..) + HCl(..) ZnCl (aq) CaCO (..) HCl(..) CaCl (aq) H O ( ) Al(..) + HCl(..) AlCl (aq) 16

13 3. Να κάνετε την παρακάτω αντιστοιχία. 1 Ιδιαίτερα τοξικό έχει χρησιμοποιηθεί ως δηλητήριο α Οξικό οξύ 2 Aqua Forte β Κιτρικό οξύ 3 Ξύδι γ Ασκορβικό οξύ 4 Λεμόνι δ Γαλακτικό οξύ 5 Γιαούρτι ε Υδροκυάνιο 6 Βιταμίνη C ζ Νιτρικό οξύ Να κάνετε την παρακάτω αντιστοιχία. 1 υγρό μπαταριάς α ph 0 2 λεμόνι β ph 1 3 ξύδι γ ph 2 4 υδροχλώριο δ ph 3 5 καθαρό νερό ε ph 4 6 ντομάτα ζ ph = 7 5. Ένας χυμός λεμονιού έχει ph 2,5. Αφού προσθέσουμε νερό η νέα τιμή του ph είναι: α. ph 1,5 β. ph 3,5 γ. ph = 7 Να δικαιολογήσεις την απάντησή σου. 17

14 Μέρος Γ Εργασία στο σπίτι 1. Να συμπληρώσετε τον παρακάτω πινάκα που αναφέρεται στη διάσταση οξέων. Όνομα οξέος Διάλυμα οξέος Κατιόν Ανιόν Όνομα ανιόντος HCN + HBr + HI + 2. Δίνονται οι παρακάτω χημικές αντιδράσεις α. Να συμπληρώσεις τις παρενθέσεις β. Να ισοσταθμίσεις τις αντιδράσεις γ. Κάτω από κάθε αντιδρών να γράψεις «Μ» για μέταλλο «Ο» για οξύ και «ΑΑ» για ανθρακικό άλας δ Για κάθε ένα από τα αντιδρώντα και για το αέριο από τα προϊόντα να γράψεις ολογράφως την ονομασία του στοιχείου ή της ένωσης ακριβώς κάτω από το μοριακό τύπο αραιό (aq) Fe(..) + H SO (..) FeSO +... Na CO (..) H SO (..) Na SO (aq) H O ( ) αραιό (aq) Al(..) + H SO (..) Al (SO )

15 3. Να κάνετε την παρακάτω αντιστοιχία. 1 επικίνδυνη γλυκαντική ουσία με πιθανή καρκινογόνο δράση περιέχεται στα αναψυκτικό τύπου "zero" που κυκλοφορεί στην Ελλάδα α Ασκορβικό οξύ 2 αεριούχα ποτά β υδροχλώριο 3 «βιτριόλι» γ Ακετυλοσαλικυλικό οξύ 4 μέσο όξυνσης Coca Cola δ φωσφορικό οξύ 5 υγρά στομάχου ε Κυκλαμικό οξύ 6 υγρό τσουκνίδας ζ Τρυγικό οξύ 7 κρασί η Μεθανικό (μυρμηκικό) οξύ 8 «βασιλικό νερό» ζ Μίγμα νιτρικού και υδροχλωρικού οξέος με αναλογία 1: Σε ένα αναψυκτικό τύπου «cola» προσθέτουμε νερό. Η τιμή του ph μετά την προσθήκη του νερού α. αυξάνεται. β. μειώνεται. γ. παράμενε σταθερή. Να διαλέξεις τη σωστή απάντηση και να δικαιολογήσεις την επιλογή σου. 5. Σε ένα ποτήρι καθαρό νερό προσθέτουμε στημένο λεμόνι. Η τιμή του ph μετά την προσθήκη του νερού α. αυξάνεται. β. μειώνεται. γ. παράμενε σταθερή. Να διαλέξεις τη σωστή απάντηση και να δικαιολογήσεις την επιλογή σου. 19

16 6. Στην παρατώ γραφική παράσταση φαίνεται η μεταβολή του ph σε α. διάλυμα HCl στο όποιο προστίθεται καθαρό νερό β. καθαρό νερό στο όποιο προστίθεται διάλυμα HCl. Να διαλέξεις τη σωστή απάντηση και να δικαιολογήσεις την επιλογή σου. 7. Βασιζόμενος στην προηγούμενη ερώτηση προσπάθησε να φανταστείς πως θα ήταν και να σχεδιάσεις τη γραφική παράσταση που περιγράφει διάλυμα HCl με αρχικό ph=1 στο όποιο προστίθεται άφθονο καθαρό νερό. 20