Hur ser reaktionsvägen ut för hydroxidjonerna vid titrering?

naytte skrev:

Halloj!

Jag håller på att förbereda mig inför en laboration imorgon och till denna laboration har jag läst och funderat en del angående syra-bas-titreringar.

Låt säga att man har en svag syra, t.ex. HF, som man vill titrera med en stark bas, t.ex. NaOH. Innan någon NaOH tillsätts kommer det dominerande species (vad i hela friden är den bestämda formen av species?!) i lösningen vara HF. Då man börjar tillsätta NaOH tänker jag att den hydroxidjonerna nästan bara kommer börja reagera med den lilla mängden H₃O⁺ som finns i lösningen och bilda vatten. När detta sker, kommer väteflouridmolekylerna då direkt reagera med mer vatten för att bilda mer oxoniumjoner som fler hydroxidjoner kan reagera med, eller kommer hydroxidjonerna direkt reagera med väteflouriden? Hur ska man tänka här?

(Jag vet att hydroxidjonerna inte bara säger "nej tack" till alla väteflouridmolekyler om det finns oxoniumjoner, här handlar det mer om tankesättet och vad som sker främst)

Koncentrationen av vattenmoelkyler i titrerlösningen är 55 mol/dm³, så det är mycket MYCKET större sannolikhet att en HF-molekyl reagerar med en vattenmolekyl än med en hydroxidjon.

Så är det okej att tänka att så fort hydroxidjonerna minskar [H₃O⁺], så kommer HF-molekyler direkt reagera med vatten igen för att återupprätta jämvikten? Och sedan är det dessa oxoniumjoner som den ytterligare tillsatsen av hydroxidjoner reagerar med, tills det inte finns några HF-molekyler kvar... Vilket leder till att pH:t skjuter i höjden eftersom det saknas syra som kan stoppa pH-förändringen?

Det är mer troligt att OH- reagerar direkt med HF eftersom det finns så många fler HF-molekyler än H3O+ joner då HF är en svag syra. Men reaktion med bägge är möjliga och sker samtidigt i lösningen. När H3O+ reagerar kommer mer bildas genom protolys av HF. Det är alltså minst tre reaktioner som sker samtidigt. För att slippa skriva allihopa brukar man nöja sig med nettoreaktionen.

HF + OH- —> F- + H2O

Tillägg: 7 sep 2024 14:47

Reaktionsvägarna är bara viktiga om man behöver ha kunskap om reaktionshastigheten (kinetiken). För ingenjörer brukar det vara viktigt när man designar utseendet på t.ex. en reaktor, vilket lärs ut i kurser i kemisk reaktionsteknik.

Är nettoreaktionen den reaktion man får om man "lägger ihop" alla reaktioner i systemet? Så i detta fall:

(1) HF + H₂O → F^- + H₃O⁺

(2) HF + OH^- → F^- + H₂O

(3) H₃O⁺ + OH^- → H₂O

Så om man adderar (1), (2) och (3) erhålls:

HF + H₂O + HF + OH^- + H₃O⁺ + OH^- → F^- + H₃O⁺ + F^- + H₂O + OH^- → H₂O

Och om man slår ihop en H₃O⁺ med en F^- och en OH^- + H₂O i HL får man:

2HF + 2H₂O + OH^- → HF + 3H₂O + F^- == HF+OH^- → F^- + H₂O

Jag vet inte riktigt vad jag har gjort här men man verkar ju få "rätt" reaktion i slutändan...?

Det är snarare så att (1) och (3) sker i lika stor omfattning och lägger du ihop dem får du samma resultat som i (2). Sedan kan (2) ske direkt också. Makroskopiskt kan man inte se skillnaden mellan (1)+(3) och enbart (2) eftersom de ger samma resultat. Om man kunde studera jonerna/molekylerna enskilt skulle man notera att alla tre reaktioner äger rum.

Liknelse:

Anta att du har personerna A, B och C.

A gifter sig med B, men sedan skiljer de sig varefter A gifter sig med C. Sedan berättar A för dig att han är gift med C. Om du inte har kunnat prata med A sedan tidigare har du ingen aning om han direkt har gift sig med C, eller om han har haft ett tidigare förhållande. Det är lite som en låda där man bara ser vad som kommer in och vad som kommer ut.

På motsvarande sätt kan vi bara se vilka ämnen som kommer in i reaktionen (vad vi tillsätter) och sedan vilka som kommer ut. Vi har ingen chans att veta om en F- jon har bildats direkt genom reaktion mellan HF och OH-, eller om OH- först har reagerat med H3O+ så att det sedan bildas F- genom reaktion mellan HF och H2O för att bilda mer H3O+. Det finns troligen metoder för att studera sånt, men reaktionerna sker otroligt snabbt. Man kan inte se sådana skillnader genom titrering, där ser man bara "in och ut".

Ett sätt man i teorin borde kunna påvisa t.ex. reaktion (1) är att använda HF där H utgörs av isotopen deuterium. Det är bara i (1) som HF ger ett H+ till vatten, så om man sedan analyserar H3O+ och hittar deuterium i den jonen vet man att det måste bero på att (1) faktiskt äger rum.