Rajamangala University of Technology Phra Nakhon

Salt and ion complex

These subjects will be presented according to the curriculum of Chemistry for Engineers (02-411-103)

Faculty of Science and Technology, RMUTP

Dr.Woravith ChansuvarnLasted update: Jan 2015iamworavith

สมดลไอออน

2

แผนการสอนและการเรยนร

จดประสงคการเรยนร ค ำนวณเกยวกบสมดลของเกลอ ค ำนวณเกยวกบไฮโดรไลซส ค ำนวณเกยวกบสำรละลำรบพเฟอร อธบำยสมดลไอออนเชงซอน

บทเรยน 7.2 สมดลไอออน

การวดผลการเรยนร กจกรรมและแบบฝกหด สอบปลำยภำค

เอกสารประกอบการสอน

หนงสอ โครงกำรต ำรำวทยำศำสตรและคณตศำสตร มลนธ สอวน. 2550. เคม 3. กรงเทพฯ: บรษทดำนสทธำกำรพมพ จ ำกด.

อนทรำ หำญพงษพนธ และ บญชำ พลโภคำ. 2545. เคมทวไป สาหรบนสตวศวกรรมศาสตร. กรงเทพฯ: ส ำนกพมพแหงจฬำลงกรณมหำวทยำลย.

อภสฏฐ ศงสะเสน, สรณนรนทร บงเกดผล และอำทตย สกลตนตเมธำ. 2554. เคมทวไปสาหรบวศวกร. กรงเทพฯ: บรษท ทรฟเพล กรป จ ำกด.

Brown L.S. and Holme H.E., 2006. Chemistry for Engineering Students, 2nd ed., Canada. Chang R. and Goldsby K.A., 2013. Chemistry, 7th ed., New York: McGraw-Hill. Silberberg M.S. 2013 Principle of General Chemistry, New York: McGraw-Hill.

3

เอกสารประกอบการสอน หนวยท 7http://www.slideshare.net/woravith/rmutp-ionic-equilibrium

เวบไซตแนะนา

สมดลของเกลอ

เกลอ (salt) เปนสารประกอบไอออนก ประกอบดวยไอออนบวกและไอออนลบ

เกลอโซเดยมคลอไรด (NaCl) ประกอบดวยโซเดยมไอออน (Na+) และคลอไรดไอออน (Cl-)

เกลอแบเรยมซลเฟต (BaSO4) ประกอบดวยแบเรยมไอออน(Ba2+) และซลเฟตไอออน (SO4

2-)

4

ปฏกรยาการเตรยมเกลอ

เตรยมจากปฏกรยาระหวางกรดกบเบสกรด + เบส เกลอ + น ำ

เชน HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H2O(l)HCl(aq + NH3(g) NH4Cl(aq) + H2O(l)

เตรยมจากปฏกรยาของโลหะกบกรดโลหะ + กรด เกลอ + แกสโลหะ + กรด เกลอ + น ำ + แกส

เชน Mg(s) + 2HCl(aq) MgCl2(aq) + H2(g)

5

เตรยมจากปฏกรยาของโลหะออกไซดกบกรดโลหะออกไซด + กรด เกลอ + น ำ

เชน CaO(s) + H2SO4(aq) CaSO4(s) + H2O(l)

เตรยมจากปฏกรยาของเกลอกบกรดเชน FeS(s) + 2HCl(aq) FeCl2(aq) + H2S(g)

เตรยมจากปฏกรยาของเกลอกบเกลอเชน NaCl(aq) + AgNO3(aq) AgCl(s) + NaNO3(aq)

6

ปฏกรยาไฮโดรไลซส

ปฏกรยำไฮโดรไลซส คอปฏกรยำทเกลอท ำปฏกรยำกบน ำ

สมบตเปนไดทงกรด เบส หรอกลำงของเกลอ ขนอยกบชนดของกรดและเบสเรมตน

ถำเกลอละลำยน ำแลวไอออนทแตกตวไปสำมำรถท ำปฏกรยำกบน ำ แลวแตกตวให H3O+ เกลอนนจะมสมบตเปนกรด

เกลอละลำยน ำแลวไอออนทแตกตวไปสำมำรถท ำปฏกรยำกบน ำ แตกตวให OH- เกลอนนจะมสมบตเปนเบส

7

เกลอทเกดจำกกรดแกกบเบสแก จะมสมบตเปนกลาง

HNO3 + NaOH NaNO3 + H2ONaNO3 Na+ + NO3

-

ไดสารละลายทเปนกลาง

เกลอทเกดจำกกรดออนกบเบสแก เมอแตกตวจะสำมำรถเกดไฮโดรไลซส สำรละลำยจะมสมบตเปน เบส

CH3COOH + NaOH CH3COONaCH3COONa(s) CH3COO-(aq) + Na+(aq)

CH3COO-(aq) + H2O(l) CH3COOH(aq) + OH- (aq)

8

9

เกลอทเกดจำกกรดแกกบเบสออน เมอแตกตวจะสำมำรถเกดไฮโดรไลซส สำรละลำยจะมสมบตเปน กรด

เกลอทเกดจำกกรดออนกบเบสออน เกลอประเภทนเมอละลำยน ำแลวสำรละลำยจะมสมบตอำจเปนไดทงกรด เบส หรอกลำง

pH ของสำรละลำยจะขนกบคำ Ka กบ Kbถำ Ka > Kb cation จะ hydrolyzed ให H+ (เปนกรด)

Kb > Ka anion จะ hydrolyzed ให OH- (เปนเบส) Ka Kb เปนกลำง

คาคงทสมดลไฮโดรไลซส

CH3COONa(s) Na+(aq) + CH3COO-(aq) CH3COO-(aq) + H2O(l) CH3COOH(aq) + OH-(aq)

10

-3

h -3

[CH COOH][OH ]K =

[CH COO ]

ถำน ำ [H3O+] คณทงเศษและสวน จะได - +

3 3h - +

3 3

[CH COOH][OH ][H O ]K =

[CH COO ][H O ]จำก CH3COOH(aq) H+(aq) + CH3COO-(aq)

- +3 3

a3

[CH COO ][H O ]K =

[CH COOH]3

- +a 3 3

1 [CH COOH]=

K [CH COO ][H O ]

จำก Kw=[H3O+][OH-]

11

- +3

ha

[OH ][H O ]K =

K

w

ha

KK =

K เกลอของกรดแก-เบสออน สำมำรถเกด

ไฮโดรไลซสw

hb

KK =

K

เกลอของกรดออน-เบสแก สำมำรถเกดไฮโดรไลซส

w

ha b

KK =

K K เกลอของกรดออน-เบสออน สำมำรถเกด

ไฮโดรไลซส

12

13

จงค ำนวณ pH ของสำรละลำย CH3COONa ควำมเขมขน 1.00 mol/L (Ka ของ CH3COOH= 1.8x10-5)วธคด เกลอ CH3COONa เปนเกลอจำกปฏกรยำ CH3COOH และ NaOHปฏกรยำเมอเกลอแตกตว

CH3COONa(s) Na+(aq) + CH3COO-(aq)

CH3COO-(aq) + H2O(l) CH3COOH(aq) + OH-(aq) จำก Kw = KaKb

-14-10

b -5

1.0x10K = = 5.6x10

1.8x10

-3

b -3

[CH COOH][OH ]K =

[CH COO ]-

3 -10-

3

[CH COOH][OH ]= 5.6x10

[CH COO ]

14

-3 -10

-3

[CH COOH][OH ]= 5.6x10

[CH COO ]

บฟเฟอร

บฟเฟอร (buffer) คอสำรละลำยทมสมบตในกำรตำนทำนกำรเปลยน pH เมอเตมกรดหรอเบสลงไปในสำรละลำยปรมำณเลกนอย

15

สำรละลำยบฟเฟอรเปนสำรละลำยผสมระหวำงกรดออนกบเกลอของกรดออน หรอเบสออนกบเกลอของเบสออน

บฟเฟอรกรด (ทเกดจำกระหวำงกรดออนกบเกลอของกรดออน) จะมpH < 7 เชน

- อะซเตตบฟเฟอร (CH3COOH + CH3COONa) - ซเตรตบฟเฟอร (HCOOH + HCOOK)

บฟเฟอรเบส (ทเกดจำกระหวำงเบสออนกบเกลอของเบสออน) จะมpH > 7 เชน

- แอมโมเนยมบฟเฟอร (NH3 + NH4Cl)

NaA(aq) A-(aq) + Na+(aq)HA(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + A-(aq)

16

+ -3

a[H O ][A ]

K =[HA]

+3 a -

[HA][H O ] = K

[A ]

+3 a -

[HA]log[H O ] = log K

[A ]

+3 a -

[HA]log[H O ] = logK + log

[A ]

+3 a -

[HA]-log[H O ] = -logK - log

[A ]-

a[A ]

pH = pK + log[HA]

-

b[B ]

pOH = pK + log[HB]

ตวอยาง 7.24จงอธบำยวธกำรเตรยมสำรละลำยบฟเฟอร pH 5.0 ปรมำตร 100 mL ระหวำง 0.50 mol/L CH3COOH (Ka=1.75x10-5) และ 0.50 mol/L CH3COONaวธคด สมกำรของเฮนเดอรสน-ฮำเซลบลซ

17

จะตองผสม [CH3COONa] กบ [CH3COOH] ใหมอตรำสวนเปน 1:1.73

สมดลไอออนเชงซอน ไอออนเชงซอน (complex ion) คอสำรประกอบทเกดจำกอะตอมหรอไอออนของโลหะถกลอมรอบดวยลแกนด

เรยกสำรประกอบทเกดขนวำ สำรประกอบเชงซอน (complex compound)

สำรประกอบเชงซอนจะประกอบดวยอะตอมหรอไอออนของโลหะทอยตรงกลำง เรยกวำ อะตอมกลำง (central atom) และโมเลกลทเปนกลำงหรอไอออนลบทลอมรอบอะตอมกลำง เรยกวำ ลแกนด (ligand)

18

[coordination sphere]

[Co(NH3)6]3+

19

ลแกนด

อะตอมกลำง

เลขโคออรดเนชน

ประจของอะตอมกลำง

[coordination sphere]

[Co(NH3)6Cl2] Cl

ลแกนด

อะตอมกลำง

เลขโคออรดเนชน

ไอออนดลประจ

เลขโคออรดเนชน

ตวเลขทบอกจ ำนวนอะตอมทสำมำรถสรำงพนธะโคออรดเนตโคเวเลนซ หรอจ ำนวนอะตอมผใหอเลกตรอนทอยทงหมดในสำรประกอบเชงซอน

เลขโคออรดเนชน คอจ ำนวนลแกนดทมำสรำงพนธะกบอะตอมกลำง [Cu(H2O)4]2+, [Cu(NH3)4]2+ และ [CuCl4]2+

Cu2+ มเลขโคออรดเนชนเทำกบ 4 [FeF6]3-, [Fe(CN)6]3- และ [Fe(H2O)6]3+

Fe2+ มเลขโคออรดเนชนเทำกบ 6

20

อะตอมกลาง

21

ธำตแทรนซชนทเปนอะตอมกลำง มเลขออกซเดชนไดหลำยคำ สำรประกอบทเกดจำกอะตอมกลำงชนดเดยวกนแตมเลขออกซเดชนตำงกน มผลท ำใหสของสำรประกอบนนแตกตำงกน

ลแกนด ลแกนด คออะตอม หรอโมเลกลทเปนกลำง (neutral molecule) หรอไอออนลบ (anion) ทลอมรอบอะตอมกลำง ลแกนดท ำหนำทเปนผ ใหคอเลกตรอนแกอะตอมกลำงอยำงนอย 1 ค เพอเกดพนธะโคออรดเนตโคเวเลนซ

22

ลแกนดทใหคอเลกตรอน 1 ค เรยกวำ โมโนเดนเทต (monodentate)ลแกนดทใหคอเลกตรอน 2 ค เรยกวำ ไบเดนเทต (bidentate)ลแกนดทใหคอเลกตรอน 3 ค เรยกวำ ไตรเดนเทต (tridentate)ลแกนดทใหคอเลกตรอน 4 ค เรยกวำ เตตระเดนเทต (tetradentate)ลแกนดทใหคอเลกตรอน 6 ค เรยกวำ เฮกซะเดนเทต (hexadentate)

ชนดและชอเรยกลแกนด

23

ลแกนดทเปนกลำง ลแกนดทมประจเปนลบ

การเรยกชอไอออนเชงซอน

ถำมไอออนดลประจ ใหเรยกไอออนเชงซอนใน [โคออรดเนชนสเฟยร] เสมอนเปนไอออนบวก

ชอไอออนลบใหเรยกตำมหลกสำรประกอบไอออนก เรยกชอ ไอออนบวกกอนไอออนลบ

24

K3[Co(C2O4)3] ใหเรยกชอ K+ กอนแลวจงตำมดวยไอออนเชงซอน [Co(C2O4)3]3-

[Co(NH3)6]Cl3ใหเรยกชอไอออนเชงซอน [Co(NH3)6]3+ กอน แลวจงตำมดวย Cl

25

ใน [โคออรดเนชนสเฟยร] เรยกชอ ลแกนด กอนแลวตำมดวย อะตอมกลาง

[Ni(NH3)4]2+ ใหเรยกชอ NH3 กอน แลวตำมดวยชอของ Ni2+

[Fe(CN)63- ใหเรยกชอ CN- กอน แลวตำมดวยชอของ Fe3+

ศกษำชอ ลแกนด ศกษำชอ อะตอมกลาง

จ ำนวนลแกนดชนดเดยวกนทมำกกวำหนงลแกนด ใหระบจ ำนวนทซ ำกนไวหนำชอเรยกลแกนด

ชอลแกนดประจลบ

26

ชอลแกนดทไมมประจ

27

ถำไอออนเชงซอนมประจเปนลบ ชอโลหะแทรนซชนใหเปลยนค ำลงทำยเปน -ate และใสเลขออกซเดชนเปนเลขโรมนไวในวงเลบหลงชอของโลหะแทรนซชน

โลหะแทรนซชนทมชอเรยกเปนภำษำละตน ใหใชภำษำละตนและลงทำยดวย -ate

28

[Fe(CN)6]3-

รยกวำ hexacyanoferrate(III) ion[Cr(NO2)6]3-

เรยกวำ hexanitrochromate(III) ion

ตวอยาง

จงเรยกชอสำรประกอบโคออรดเนชนตอไปน [Ag(NH3)2]+ diaminesilver(I) ion[Co(NH3)4]Cl2]+ dichlorotetraamminecobalt(II) ionNa3[Cr(NO2)6] sodium hexanitrochromate(III)[Ag(CN)2]- dicyanoagentate(I) ion[Cr(NH3)5SO4]Br sulfatopentaaminechromium(III) bromide

29

ตวอยางจงเขยนสตรสำรประกอบโคออรดเนชนจำกชอเรยกตอไปน

hexacyanoferrate(II) ion [Fe(CN)6]4-

dichlorotetraamineplatinum(IV) chloride [Pt(NH3)4Cl2]Cl2sodium tetracyanocobaltate(II) Na2[Co(CN)4]bis(ethylene diamine)cobalt(II) chloride [Co(en)2]Cl2hexacarbonylchromium(0) ion [Cr(CO)6]

30

สมดลของไอออนเชงซอน

31

M + L ML 1

[ML]K = [M][L]

ML + L ML22

2

[ML ]K = [ML][L]

ML2 + L ML33

32

[ML ]K = [ML ][L]

K1, K2, K3 เปนคำคงทสมดลของกำรเกดไอออนเชงซอนแตละขน (stepwise) ของไอออนโลหะ M

คำคงทสมดลของกำรเกดไอออนเชงซอนรวม (overall)Kf = K1K2K3

คำ Kf คอ คำคงทสมดลของกำรเกดไอออนเชงซอนของโลหะ (stability constant)

กำรเกดไอออนเชงซอนของ Ag(NH3)2+ จะเกดขนทละขนตอน

32

Ag+(aq) + NH3(aq) Ag(NH)+(aq) K1=2.1x103

Ag(NH3)+(aq) + NH3(aq) Ag(NH3)2+(aq) K2=8.1x103

Ag+(aq) + 2NH3(aq) ) Ag(NH3)2+(aq) Kf=1.7x107

+33

+13

[Ag(NH ) ]K = = 2.1x10

[Ag ][NH ]+

33 22 +

3 3

[Ag(NH ) ]K = = 8.1x10

[Ag(NH ) ][NH ]

+ +3 33 3 2

f 1 2 + +3 3 3

[Ag(NH ) ] [Ag(NH ) ]K = K K = = 2.1x10 8.1x10

[Ag ][NH ] [Ag(NH ) ][NH ]+

73 2f + 2

3

[Ag(NH ) ]K = = 1.7x10

[Ag ][NH ]

33

ปฏกรยาการแตกตวของไอออนเชงซอน

เปนปฏกรยำยอนกลบของปฏกรยำกำรเกดไอออนเชงซอน

34

[Ag(NH3)2]+(aq) Ag+(aq) + 2NH3(aq) + 2

3d +

3 2

[Ag ][NH ]K =

[Ag(NH ) ]

Kd = คำคงทกำรแตกตว (dissociation constant) ของไอออนเชงซอน ถำ Kd มคำมำกแสดงวำ ไอออนเชงซอนแตกตวไดด ไอออน

เชงซอนมควำมไมเสถยรสง

กจกรรม

ท ำกจกรรม 7.2 ตอนท 1 อภปรำยแลกเปลยนควำมรระหวำงกลมเพอนและผสอน ท ำแบบฝกหด

35