Zuur heeft een slechte naam. Zuur staat voor veel dat het tegendeel is van prettig of aardig. Zuur kan betekenen dat iets bedorven is, maar zuur kan ook bijten, is gevaarlijk voor je huid, Verzuring van de bodem en meren door zure regen is een bekend milieuprobleem. Ook tast zure regen gebouwen en monumenten aan die gemaakt van kalksteen of marmer. Sporters klagen over verzuurde spieren.
Maar veel van wat we lekker vinden is zuur: fruit, snoep, frisdrank. Is dat ander zuur? Op de intensive care meet men voortdurend hoe zuur het bloed van de patiënt is. vaak aangeduid met een waarde voor de zuurgraad, de pH.
Zuurgraad en pH wat zijn dat? Wat maakt iets zuur? Zuurstof misschien? Wat kun je doen tegen zuren?
Genoeg reden om ons met zuren bezig te houden.
Practicum 1.1 Weten of iets zuur is
Vraag : Hoe weet je dat iets zuur is?
Kijk maar eens wat er gebeurt als je de ‘lakmoesproef’ doet bij citroensap, cola, azijn, zoutzuur. Lakmoes is een natuurlijke kleurstof, die lijkt op de kleurstof in rodekool.
We noemen lakmoes (maar ook rodekoolsap) een aanwijzer voor zuur. Een vreemd woord dat in de scheikunde vaak wordt gebruikt is "indicator".
Rodekoolsap gaat schimmelen als je het een tijdje bewaart en lakmoes heeft een bleke kleur Gelukkig zijn er nog andere stoffen die met zuur heel fel van kleur verschieten. En die kun je heel lang bewaren (vaak zijn ze opgelost in alcohol). Een of twee druppels van die oplossing toevoegen aan een bodempje van de zure vloeistof in een reageerbuis is voldoende.
Practicum
Doel: Meet de pH van de beschikbare oplossingen en verwerk de resultaten.
Benodigdheden:
Reageerbuisrekje met 12 stoffen (zuren, neutrale oplossingen en antizuren)
Universeel indicator papier (pH-papier)
Blauw lakmoespapier
Congorood (indicator)
Broomkresolgroen (indicator)
Geplastificeerde kaart
Werkwijze:
Leg de geplastificeerde kaart op tafel.
Leg in de kolom “pH” bij iedere stof een pH-papiertje neer.
Leg in de kolom lakmoes een stukje lakmoespapier
Breng 1 druppel van de stof op het pH-papiertje met het druppelaartje die op de buis zit. Zo werkt het druppelaartje: Draai (alleen!!!) het witte dopje eraf. Houdt de buis op zijn kop en knijp in het blauwe gedeelte. Doe daarna ook gelijk het witte dopje er weer op.
Neem de tabel over in je schrift of kopieer in een worddocument (zie hieronder!!!)
Noteer de gemeten pH in de tabel.
Breng ook 1 druppel van de stof op het lakmoespapiertje en noteer de kleur.
Breng 1 druppel van iedere stof in de derde en vierde kolom
Meng de druppel in de derde kolom met 1 druppel Congorood en noteer de kleur
Gebruik in de vierde kolom Broomkresolgroen en noteer de kleur
Maak de geplastificeerde kaart schoon met papier en ruim alles weer netjes op.
pH-meting (V5)
Stof
pH papier
lakmoes
Congorood
broomkresolgroen
1. Melkzuur
2. Antikal
3. Kraanwater
4. Gootsteenontstopper
5. Vloeibaar wasmiddel
6. Cola
7. Groene zeep
8. Citroensap
9. Karnemelk
10. Tomatensap
11. Glorix
12. Ammonia
Demo 1.2 Een maat voor zuurheid
Als je indicatoren mengt, kun je ook meer stappen onderscheiden tussen erg zuur en niet zuur. Het wordt helemaal handig, als je strookjes filtreerpapier drenkt in een oplossing waarin meerdere indicatoren zitten, en dat laat drogen. Bij zulke strookjes hoort dan ook een kleurenschaaltje. De meest gebruikte naam pH-papier of universeelindicator.
Er zijn ook elektronische zuurgraad-meter: gebruikelijke naam pH meters.
Zorg dat je te weten komt weet hoe je met deze meters hoort om te gaan gaat voordat je met deze apparaten aan de slag gaat!
We gaan in het volgende practicum de pH meten met pH-papier, twee vloeibare indicatoren thymol blauw en congo-rood en met behulp van een pH-meter. We meten tegelijkertijd ook de geleidbaarheid van de oplossingen met een geleidbaarheidsmeter (of sensor).
Kopieer onderstaand tabel in een wordbestand en vermeld erin alle waarnemingen en metingen die je verricht
verdunning
pH-
papier
Congo
rood
Thymolblauw
TM
pH-
meter
Stroom
geleiding
Oplossing 1
1x
Oplossing 2
10x
Oplossing 3
100x
Oplossing 4
1000x
Oplossing x
cola
1. Maak eerst uit oplossing 1 oplossing 2 t/m 4. Om oplossing 2 te maken neem je 10 mL van oplossing 1 en voeg je daar 90 mL water aan toe (met maatcilinders). Voor oplossing 3 pak je 10 mL uit oplossing 2 en voeg je 90 mL water toe....enzo verder
2. Voer met iedere oplossing de volgende proeven uit:
Breng met een schone roerstaaf een druppel op een snipper pH papier. Bekijk welke kleur dit zuur geeft met een strookje pH papier en vergelijk deze met de kleurenschaal.
Giet een scheutje van je oplossing in een schone reageerbuis en voeg daar een druppel thymolblauw aan toe. Noteer de kleur.
Giet weer een scheutje van je oplossing in een schone reageerbuis en voeg daar een druppel congorood aan toe. Noteer de kleur.
Spoel de pH-sensor af met demiwater en meet de pH van je oplossing. Begin met de meest verdunde oplossing en werk terug naar oplossing 1
spoel de geleidbaarheidssensor af met demiwater en meet de geleidbaarheid van je oplossing. Begin ook hier met de meest verdunde oplossing en werk terug.
Vraag : Welke verdunningsfactor ken je toe aan stof X? En welke aan cola?
Demo 1.3 Anti-zuur
Waarom doe je suiker in citroensap of appelmoes?
Dit gaan jullie onderzoeken.
Onderzoek citroensap met indicatorpapier.
Doe dan lekker wat suiker bij het citroensap. Schud flink. Test nu weer met indicatorpapier. Is het zoete sap nog zuur of niet.?
Giet in een reageerbuis wat citroensap. Herhaal proefje a) nu met soda. Test dus weer met indicatorpapier. Resultaat?
Herhaal het proefje met loog in plaats van soda.
Wat vinden jullie een antizuur:
Suiker? Soda? Loog? Geef aan waarom jullie dat vinden.
1.1 Belangrijke kenmerken van zuren (macro)
Zuren
We noemen een stof een zuur als hij zuur smaakt. Het is niet verstandig om een stof te proeven. Maar er zijn ook andere manieren om er achter te komen of een stof een zuur is . Zure oplossingen geleiden de elektrische stroom. Zuren horen dus net als de zouten tot de elektrolyten.
Hoe zuur een oplossing is geven we aan met de zuurgraad meestal de pH genoemd.
Er zijn stoffen die door een kleurverschil kunnen aangeven of een oplossing (erg) veel zuur bevat of niet. Die stoffen noemen we indicatoren. Informatie over de kleuren van indicatoren vind je in Binas tabel 52A.
De pH van een zure oplossing kan variëren van heel zuur bv pH = 0 (1 molair (1M) zoutzuur heeft die pH-waarde) tot pH=7 .
Als je een zoutzuuroplossing 10 maal verdunt wordt de nieuwe pH de waarde één groter.
Uitgaande van 1 molair zoutzuur met pH = 0 kom je na 7 van zulke stappen waarbij je steeds 10 maal verdunt uit op pH=7. Dat is ook de pH waarde van zuiver water.
Als de pH eenmaal 7 is heeft verdunnen geen effect meer op de pH.
Heel zuur neutraal
pH
0
1
2
3
4
5
6
7
Er bestaan elektronische apparaten die ook heel kleine concentraties zuur goed kunnen meten.
Ze heten heel toepasselijk pH-meters. Maar ook daarmee kom je bij verdunnen van een zuur nooit hoger uit dan pH=7. Dat moet een oorzaak hebben.
Waterstofchloride HCl is een voorbeeld van een zuur. De oplossing in water heet zoutzuur.
Azijn is een oplossing van azijnzuur formule CH3COOH in water. Voor het gemak schrijft men vaak HAc.
1.2 en anti-zuren (basen)
Er zijn stoffen die de eigenschappen van een zuur wegnemen. Chemici gebruiken hiervoor de naam basen.
Basische oplossingen (oplossingen waarin een base is opgelost) smaken vies, zeepachtig, bitter. Basische oplossingen zijn gevaarlijk zeker als de oplossing geconcentreerd en of warm is. Basen tasten je huid aan, met name je ogen zijn heel kwetsbaar.
Basische oplossingen geleiden ook stroom. Basen zijn dus ook elektrolyten.
Natriumhydroxide NaOH is een heel veel gebruikte base. De oplossing in water heet natronloog. Ook voor basische oplossingen zijn er indicatoren. Stoffen die door een kleur(verandering) aangeven of een oplossing al dan niet basisch is.
Er is ook een aanduiding voor hoe basisch een oplossing is, de pOH.
Heel zuur neutrale oplossing sterk basisch
pH
0
1
2
3
4
5
6
7
pOH
7
6
5
4
3
2
1
0
Water
1.3 Zuurgraad en basegraad gecombineerd
Het schema met pH en pOH ziet er mooi uit, maar chemici hebben toch voor één aanduiding gekozen waarmee je zowel de zuurgraad van een zure oplossing als de base-graad van een basische oplossing aangeeft. De truc is dat men de pH laat doorlopen boven de waarde 7.
Een basische oplossing heeft een pH van hoger dan 7. Nu is pH=14 de zuurgraad van 1 molair natriumhydroxide-oplossing. Telkens als je dan 10 maal verdunt zakt de pH een punt in waarde. Na 7 van zulke stappen waarbij je steeds 10 maal verdunt, heeft ook hier verdunnen geen zin. Je hebt dan gewoon de pH van water, niet basisch niet zuur, we noemen die oplossing neutraal.
Heel zuur neutrale oplossing sterk basisch
pH
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Water
De pH van een oplossing kan dus variëren van circa 0 heel zuur tot 14 heel basisch. Een pH van 7 betekent niet basisch, niet zuur, maar neutraal. Zuiver water heeft ook pH = 7.
Om zoutzuur te ontzuren is natronloog nodig in de molverhouding 1 op 1.
Behalve natriumhydroxide-oplossing, natronloog is de kortere naam, zijn ook oplossingen van natriumcarbonaat (soda) en ammoniak(ammonia) basen.
Azijn (oplossing van azijnzuur CH3COOH) is veel minder zuur dan zoutzuur, ook als je per liter evenveel mol oplost. Citroenzuur kun je puur op je tong leggen en langzaam laten oplossen. Wel flink zuur maar ook lekker. Dat mag en wil je niet proberen met geconcentreerde zoutzuur (HCl)!
Er zijn maar een paar van die hele erge zuren: behalve waterstofchloride (HCl) zijn zwavelzuur (H2SO4) en salpeterzuur (HNO3) daarvan de bekendste. Zij worden de sterke zuren genoemd. Zeker in geconcentreerde vorm zijn deze zuren gevaarlijk.
Het overgrote deel van de andere zuren zijn veel minder opvallend zuur: we noemen ze zwak.
Vragen bij taak1
Taak 2 Verklaren van de eigenschappen van zuren en basen
2.1 Verklaring op microniveau zuren
Er zijn heel wat verklaringen bedacht. Volgens een ervan zouden zure stoffen bestaan uit deeltjes met scherpe haakjes aan de buitenkant.
Lavoisier dacht dat het element zuurstof onmisbaar was voor een zuur. Daarom kreeg in Nederland zuurstof zijn naam. Maar het klopt niet, waterstofchloride (beter bekend onder de naam van de oplossing in water namelijk zoutzuur) is het bewijs.
Verklaring ( microschaal)
Water
Voor de verklaring van zuren en basen gebruiken we veel van wat we al weten van elektrolyten (zout-oplossingenen) en vooral wat we weten van water. Een paar van de bijzondere eigenschappen van water hebben we verklaard uit de vorm en ladingsverdeling van het watermolecuul.
Model 1 Model 2 Model 3
Drie modellen voor een watermolecuul. Leg steeds uit welke extra informatie elk model biedt ten opzichte van de andere model biedt.
Zouten kunnen oplossen in water: de waterdipolen trekken de ionen uit hun ionenrooster (hydratatie). (zie tekeningen )
Zo verklaren we dat er vrije ionen ontstaan die onafhankelijk kunnen bewegen. Door de bewegingsvrijheid van die ionen kan een zoutoplossing stroom geleiden.
Waterstofchloride in water
Het waterstofchloride molecuul is een dipool. Dat verklaart in ieder geval dat waterstofchloride goed oplost in water. Maar die oplossing kan stroom geleiden. Bij het oplossen van waterstofchloride gebeurt blijkbaar hetzelfde als bij het oplossen van zouten. Je kunt je voorstellen dat de watermoleculen niet alleen om de HCl moleculen heen gaan zitten maar deze moleculen uit elkaar trekken. Dan ontstaan een H+ en een Cl- ion. Het elektronenpaar van de binding (het gemeenschappelijke elektronenpaar) blijft dus bij chloor. Er ontstaan geen losse atomen maar ionen. En watermoleculen weten wel raad met ionen: die worden ingepakt, omringd door waterdipolen. Zo kunnen de waterdipolen voorkomen dat die ionen weer bij elkaar kunnen komen.
Het verschil tussen een zoutoplossing en een oplossing van een zuur is dat bij een zuur het H+ ion de plaats inneemt van het positieve metaalion.
Als de H+ ionen het onderscheid maken tussen zuur en niet zuur moet een erg zure oplossing veel van die H+(aq) bevatten. Dat klopt ook.
Er zijn nog een paar zure stoffen die vergelijkbaar met waterstofchloride in water (bijna) volledig splitsen. Omdat die stoffen water heel zuur maken noemt men deze zuren sterk.
Onthoud: de volgende stoffen zijn sterke zuren die in water volledig splitsen:
HCl, waterstofchloride HCl (aq) → H+(aq) + Cl-(aq)
HNO3 salpeterzuur HNO3 (aq) → H+(aq) + NO3-(aq)
H2SO4 zwavelzuur H2SO4(aq) → 2 H+(aq) + SO42-(aq)
We gaan er dus van uit dat in een oplossing van een sterk zuur geen moleculen van het zuur aanwezig zijn. Alle moleculen zijn gesplitst in H+ ionen en negatieve ionen.
2.2 Verklaring op microniveau basen
Basen
Basen zijn stoffen die een H+ kunnen opnemen. Bij het oplossen van een base in water ontstaan er OH--ionen. Sterke basen zijn stoffen waarvan alle deeltjes in de stof een H+ opnemen bij oplossen. Voorbeelden van basen zijn Na2O en Na2S. Oplossen van deze stoffen levert een basische oplossing volgens:
Na2O + H2O → 2 Na+ + 2 OH-
Na2S + H2O → 2 Na+ + HS- + OH-
Macro:
Ammoniakoplossing (de korte naam is ammonia) is basisch, de oplossing geleidt stroom. De stroomgeleiding van 1 M ammonia is vergelijkbaar met die van 1 M azijn. Ammoniak heeft formule NH3, we kennen ook het ammonium-ion: formule NH4+ .
Micro:
Het ammoniakmolecuul heeft nogal wat overeenkomsten met het watermolecuul. Hieronder zie je vier tekeningen van het ammoniak molecuul:
Waterdipolen en ammoniakdipolen kunnen waterstofbruggen vormen. Bijvoorbeeld zoals hiernaast weergegeven:
Als bij het breken van een ammoniak-water deeltje de breuk tussen waterstof en zuurstof optreedt ontstaan er ionen:
NH4+ en OH-
Ook nu weer kunnen de ionen door watermoleculen worden omringd en afgeschermd.
De oplosbare carbonaatzouten en de oplosbare fosfaatzouten geven net als ammoniak oplossingen met een pH groter dan 7.
Als natriumcarbonaat (soda) in water oplost verwacht je ionen:
Na2CO3 →2 Na+ + CO32-
Deze oplossing heeft een pH> 7. De oplossing moet dus OH- ionen bevatten. Het carbonaation kan H+ binden.
→
In formules:
CO32- + H2O → HCO3- + OH-
In de oplossing hechten watermoleculen zich aan de negatieve carbonaationen. Bij het loslaten kán de H+ aan het carbonaat blijven zitten. Zo ontstaan OH- ionen en dus een basische oplossing
Oefenvragen taak 2.1 en 2.2
Bij de volgende oefeningen eerst in tabel 45 kijken of het zout in water oplost!
1. Leg uit of de onderstaande zouten in water als base kunnen reageren:
calciumcarbonaat met water mengt
natriumcarbonaat met water mengt
natriumsulfaat met water mengt
bariumsulfaat met water mengt
koper(II)oxide met water mengt
aluminiumhydroxide met water mengt
Stoffen die water basisch maken zijn ongeschikt als maagzuurremmers. Deze zouden in de mond al werken en heel vies smaken. Maagzuurremmers moeten pas in de maag ( bij pH tussen 1 en2 actief worden.)
2 Welke van onderstaande stoffen zijn geschikt als maagzuurremmers
Natriumcarbonaat
Loodcarbonaat
Calciumsulfaat
Magnesiumchloride
Calciumcarbonaat
Magnesiumhydroxide
Koper(II)oxide
3. De volgende drie zouten worden opgelost in water:
(i) natriumoxide (ii) kaliumsulfide (iii) natriumfosfaat
a. Geef voor elk van deze zouten de oplosvergelijking.
b. Leg uit of de ontstane oplossingen zuur of basisch zijn
Hoe meer H+-ionen in oplossing hoe zuurder die oplossing. De concentratie H+in mol/L zou dus een goede maat zijn voor de zuurgraad. Omdat het bereik van de zuurgraad dan onhandig groot wordt: van 0,0000001 M tot 10 M is er voor een logaritmische schaal gekozen, de pH.
De definitie van de pH luidt : pH = –log [H+] omgekeerd: [H+] =10-pH
Bij een concentratie van 1 M (100) hoort dan een pH van -log 1 = 0
Bij een concentratie van 0,001 M (10-3) hoort dan een pH van -log 0,001 = 3
Dus hoe lager de concentratie H+ hoe hoger de pH (hoe lager de zuurgraad).
2.4 Ontzuren, neutralisatie en pOH
Natronloog (Na+ + OH-) kan zoutzuur onschadelijk maken/neutraliseren. Dat betekent dat de H+ ionen moeten verdwijnen:
Het OH- ion kan dat: H+ + OH-\(\rightarrow\) H2O
Het OH- ion is dus het deeltje dat van natronloog een basische oplossing maakt. Veel OH- betekent dat de oplossing sterk basisch is.
De definitie pOH =-log [OH-] levert
Als [OH-] = 1 \(\rightarrow\) pOH = 0 men geeft aan pH = 14
Als [OH-] = 0,1 \(\rightarrow\) pOH = 1 men geeft aan pH = 13
Als [OH-] = 0,01 \(\rightarrow\) pOH = 2 men geeft aan pH = 12
Als [OH-] = 0,001 \(\rightarrow\) pOH = 3 men geeft aan pH = 11
Onthoud:
pH = –log [H+] en [H+] =10-pH pOH = –log [OH-] en [OH-] = 10-pOH
Bij 25 oC geldt pH +pOH = 14
Opgaven bij taak 2
Vul in
pH Welke kleur heeft Broomthymolbauw Bereken [H+]
pH = 2 ………………………….. …………………..
pH = 5 …………………………………. ………………..
pH = 7 …………………………………. ………………..
pH = 10 …………………………… [OH-] =…………………
pH = 14 ………………………………. [OH-] =…………………
Bereken de pH als
[H+] = 0,005
[H+] = 0,0005
[OH-] = 0,05
[OH- ] = 0,005
Hoe splitst waterstofchloride in water ( zoutzuur)
Hoe spitst natriumhydroxide in water (natronloog)
Wat gebeurt er als zoutzuur en natronloog bij elkaar gemengd worden?
Een oplossing van 1 mol salpeterzuur HNO3 in 1 liter water heeft een pH = 0
Geleidt die oplossing de elektrische stroom goed, matig of helemaal niet?
Welke deeltjes ( moleculen, ionen, … ) zijn volgens jou naast watermoleculen aanwezig in deze oplossing?
Bereken uit de pH de concentratie van elk van die deeltjes.
Je lost 1,0 gram bariumhydroxide op in een liter water.
Laat zien dat 1,0 gram bariumhydroxide overeenkomt met 5,8 mmol bariumhydroxide.
Bereken de concentratie van de barium- en de hydroxide-ionen in deze oplossing.
Bereken de pH van deze oplossing
Welke nieuwe pH krijgt je als je één liter zoutzuur met een pH = 0 mengt met één liter water?
Welke pH ontstaat als je één liter zoutzuur met een pH = 0 mengt met één liter zoutzuur met pH =3
Welke pH ontstaat als je één liter zoutzuur met een pH = 0 mengt met één liter natronloog met pH = 14?
Welke pH ontstaat als je één liter zoutzuur met een pH = 0 mengt met één liter natronloog met pH = 13?
9. Natronloog kun je bereiden door natriumoxide in water te brengen.
a. Geef de reactievergelijking van deze bereiding
b. Mareike lost 0,50 gram natriumoxide op in 50,0 ml water. Bereken de pH van deze oplossing. Neem aan dat pH + pOH = 14,00
10. In een bekerglas bevindt zich 50 ml 0,1 M natronloog en de indicator fenolrood
a. Bereken de pH van deze oplossing
b. Gebruik Binas52A. Wat is de kleur van de indicator in deze oplossing?
11. Sandra lost 243 mg NaOH op in 200 mL water. Bereken de pH van deze oplossing
12. De TOA lost 56 mg H2SO4 op in 250 ml water. Bereken de pH van deze oplossing
Zuiver water geleidt een beetje stroom.
Met de stroommeters op school is die geleiding niet aan te tonen en bovendien kunnen we het water niet zuiver genoeg krijgen. Je moet bij dit onderzoek platina bekers en platina destillatieapparatuur gebruiken. Uit glas (een zout, een elektrolyt dus) lossen altijd wat ionen op en dan zegt eventuele stroomgeleiding niets over zuiver water.
Verklaring (micro):
Door de H-bruggen trekken watermoleculen stevig aan elkaar, ze plakken stevig aan elkaar. Als ze moeten loslaten - er wordt nu eenmaal veel gebotst door watermoleculen- is er een kans dat een deel van het molecuul blijft plakken” en breekt daardoor een watermolecuul. We kijken alleen naar de gevallen dat watermoleculen breken in H+ en OH-. Die ionen zijn we immers vaker tegengekomen.
Als we aannemen dat die ionen elkaar niet meteen terugvinden en weer een watermolecuul vormen hebben zouden er dus altijd wel wat ionen zijn in water. Dat verklaart waarom ook zuiver water – weliswaar heel slecht -stroom geleidt
Uit metingen van die geleidbaarheid kun je afleiden dat in één liter water ( dat is 55 mol water) 1 x 10-7 mol watermoleculen uiteengescheurd, gesplitst zijn in H+ en OH- . Dat geldt bij 25 oC .
1 x 10-7 mol gesplitste moleculen op 55 mol komt neer op één de 550 miljoen moleculen.
Een op de 550 miljoen lijkt niet bepaald de moeite waard. Maar in een liter zijn het toch nog heel veel moleculen.
Gesplitst per liter : 10-7 x 6 x 1023= 6 x 10 16 H+ ionen ( en evenveel OH- ionen) (aantal mol ) (aantal moleculen per mol)
Ter vergelijking: op aarde leven nu ongeveer 6 x 10 9 mensen.
Andere getallen: de kans dat een watermolecuul breekt en er vrije H+ en OH- ionen ontstaan is ongeveer twee keer per dag. De gemiddelde levensduur voor die H+ en OH- ionen is 70 microseconde ( 0,00007 sec.).
Dat in water is een constante hoeveelheid H+ en OH- ionen aanwezig is verklaren chemici dus met een model waarbij per seconde evenveel watermoleculen in H+ en OH- ionen breken als dat er watermoleculen teruggevormd worden doordat die ionen weer samengaan.
Om de omzetting van water in ionen en de gelijktijdige vorming van watermoleculen uit die ionen weer te geven gebruiken chemici een reactievergelijking met een “dubbele pijl”
Men noemt zo een toestand waarbij twee tegengestelde reacties tegelijkertijd optreden een (chemisch) evenwicht. Bij een evenwichtsreactie hoort een dubbele pijl.
Het waterevenwicht H2O H+ (aq) + OH- (aq)
Vaak wordt de splitsing en terugvorming als volgt aangegeven: 2 H2O H3O+ + OH-
Deze manier van opschrijven geeft duidelijker aan dat het H+ ion niet zomaar afbreekt maar gebonden wordt door een ander watermolecuul.
Het H3O+ ion heeft een eigen naam gekregen oxonium-ion.
( Zelfs twee : je kunt ook de naam hydroxonium-ion tegenkomen).
We kunnen nog een stap verder gaan in ons model van watermoleculen die breken in H+ en OH- maar ook weer teruggevormd worden.
Als er H+ ionen ontstaan doordat we bijvoorbeeld HCl in water oplossen heeft dat gevolgen voor de OH- ionen. De kans dat een OH- ion met H+ weer water vormt neemt toe. Als we aannemen dat het aantal watermoleculen dat per seconde kapot gaat niet verandert en de OH- ionen vinden door het opgeloste zuur sneller een H+ ion, dan zijn er gemiddeld minder OH- ionen.
Je kunt zeggen dat de gemiddelde levensduur van de vrije OH- ionen afneemt en dus ook hun concentratie.
Met kansberekening kun je aannemelijk maken dat als de [H+ ] 10 maal zo groot wordt, de [OH- ] 10 maal zo klein wordt.
Daaruit volgt dat het product [H+ ] \(\cdot \)[OH-] gelijk blijft
Uit de gegevens van zuiver water volgt dat [H+ ] \(\cdot \) [OH- ] = 10-7 x 10-7 = 10-14
We hebben een formule!
Een formule ontdekken is het beste wat een wetenschapper kan overkomen. Wetenschap is het zoeken naar wat zeker is, wat nu geldt en morgen ook nog, naar houvast, naar orde in de chaos. Een formule levert dat houvast, betekent dat we greep hebben op de zaak.
Formules zijn voor de eeuwigheid, en geven eeuwige roem aan de ontdekker, denk aan dé formule van de 20e eeuw: E=mc2.
Maar [H+ ] \(\cdot \) [OH- ] = 10-14 verdient ook een ereplaats.
Als er meer H+ en OH- ionen zijn en daardoor het product van de concentraties te groot is, zullen er per seconde meer ionen verdwijnen dan dat er gevormd worden. Dat gaat door totdat [H+] . [OH-] gelijk is aan 10-14. Dan worden evenveel ionen gevormd als dat er verdwijnen. Als er te weinig H+ en OH- ionen zijn en het product [H+ ] . [OH-] kleiner dan 10-14, zullen er meer watermoleculen splitsen dan gevormd worden totdat weer geldt [H+] . [OH-] = 10-14
Om aan te geven dat die waarde van het ionenconcentratieproduct een vaste waarde heeft noemt men deze waarde de waterconstante (Kw)
[H+]
=
100
10-1
10-2
10-3
10-4
10-5
10-6
10-7
10-8
10-9
10-10
10-11
10-12
10-13
10-14
[OH-]
=
10-14
10-13
10-12
10-11
10-10
10-9
10-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
Kw
=
10-14
10-14
10-14
10-14
10-14
10-14
10-14
10-14
10-14
10-14
10-14
10-14
10-14
10-14
10-14
pH
=.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Waarde van Kw en de pH van zuiver water bij verschillende temperaturen
T (°C)
Kw (mol2 dm-6)
pH
0
0.114 x 10-14
7.47
10
0.293 x 10-14
7.27
20
0.681 x 10-14
7.08
25
1.008 x 10-14
7.00
30
1.471 x 10-14
6.92
40
2.916 x 10-14
6.77
50
5.476 x 10-14
6.63
100
51.3 x 10-14
6.14
3.2 Opgaven bij taak 3
Verklaart het waterevenwicht dat zuiver water een pH heeft
Verklaart het waterevenwicht hoe je uit de pH waarde van bijvoorbeeld pH=12 kunt afleiden dat [OH- ] = 0,01 ?
Verklaart het waterevenwicht dat je door verdunnen van een zuur of een base altijd uitkomt op pH =7
Verklaart het waterevenwicht dat een pH groter dan 7 betekent dat de oplossing basisch is?
Verklaart het waterevenwicht dat een zuur en een base elkaar neutraliseren?
Verklaart het waterevenwicht het geleidend vermogen van zuiver water?
Ammoniumchloride is de officiële naam voor salmiak. Salmiak is een belangrijke smaakmaker voor drop. Ook pure salmiak wordt verkocht als lekkernij. Opgelost ammoniumchloride is een beetje zuur. Als je er natronloog bij doet ruik je ammoniakgas. Dat is helemaal niet lekker. We hebben ammoniak al leren kennen als een base. Ammoniumionen gedragen zich als zuur, ammoniakmoleculen gedragen zich als base.
Micro
Al 100 jaar geleden kwamen verschillende chemici op het idee dat zuren en basen bij elkaar horen.
Zuren zijn deeltjes die H+ afgeven (protondonor),
basen zijn deeltjes die H+ opnemen (proton-acceptor).
Als een zuur deeltje (bijvoorbeeld het ammonium ion NH4+ ) een H+ kwijtraakt krijg je een deeltje dat H+ kan opnemen (in dit voorbeeld NH3), een basisch deeltje dus.
Zo kun je stellen dat bij elk zuur een base hoort. De zuurrest, het deeltje dat overblijft als het zuur een H+ ion is kwijtgeraakt, is die base.
Bij het zuur NH4+ hoort de base NH3
Bij het zuur HAc hoort de base Ac-
Bij het zuur HCl hoort de base Cl-, alhoewel je je bij deze laatste kan afvragen of Cl- zijn H+ nog wel terugwil. HCl is immers een sterk zuur.
We noemen deze duo’s geconjugeerde zuurbasenparen. Geconjugeerd betekent zoiets als verbonden, bij elkaar horend.
Oefenopgaven taak 4
Leg van de onderstaande reacties uit of het een zuur/base reactie is:
Een vrachtwagen heeft meer dan 1000 Liter zoutzuur (HCl) gelekt als gevolg van een ongeval. Zoutzuur is zeer corrosief en veroorzaakt in te hoge concentratie of bij te lange blootstelling irritaties en brandwonden in contact met de huid. Het ongeval vond plaats op de autoweg direct langs een rivier.
De rivier wordt veel gebruikt door jongeren om te zwemmen, kanoën en relaxen. Daarom is het uiterst belangrijk dat de rivier pas weer opengesteld wordt als de hoeveelheid zoutzuur tot beneden de grenswaarde is gedaald.
Om het plaatselijk laboratorium te helpen gaan jullie monsters van verschillende punten A t/m D (zie afbeelding) in de rivier analyseren op de aanwezigheid van zoutzuur. Ook berekenen jullie de concentratie zoutzuur in de rivierwatermonsters, die vervolgens vergeleken moet worden met de grenswaarde in BINAS 97.
Analyse van de rivierwater monsters gebeurt met behulp van titratie. Hierbij reageert het zoutzuur uit het rivierwater met natronloog (oplossing van natriumhydroxide in water) volgens de onderstaande reactievergelijking:
Zoutzuur oplossing: H+ Cl-
Natronloog: Na+ OH-
Reactievergelijking: H+ + OH- --> H2O
Na+ en Cl- zijn tribune ionen (reageren niet!)
Materiaal en methode
Pipet 25 ml
Pipetteerballon
Buret / Statief
Erlenmeyer (100 ml)
Natronloog 0,10 M
Fenolftaleïne indicator
HCl-oplossing 0,10 M
4 Monsters van de vervuilde rivier
Gidsexperiment
Om te checken of de methode goed is: bijvoorbeeld of de opstelling goed werkt, het omslagpunt van fenolftaleïne goed zichtbaar is en de natronloog daadwerkelijk 0,10 M is, wordt eerst een gidsexperiment gedaan. Het gidsexperiment geeft je dus extra inzicht in het verloop van je echte experiment. Een gidsexperiment doe je dus vooraf!
Werkwijze
Pipetteer 25 ml van de standaard 0,10 M HCl oplossing in een 100 ml erlenmeyer
Voeg 3 druppels fenolftaleïne indicator toe
Vul de buret met Natronloog 0,10 M (controleer of het kraantje dicht is!)
Lees de beginstand van de buret af en noteer deze waarde
Zet de erlenmeyer met HCl oplossing onder de buret
Titreer nu tot het omslagpunt (oplossing wordt paars)
Lees de eindstand van de buret af en noteer deze waarde
Voor je verder gaat met de rivierwater monsters………….. Eerst checken of het gevonden resultaat overeenkomt met de verwachting.
Bijvoorbeeld:
Jullie hebben 23,0 ml van de 0,10 M natronloog gebruikt.
0,10 mol in
1000 ml
0,0023 mol in
23,0 ml
Dus 0,0023 mol OH- zit er in 23,0 ml natronloog.
Reactievergelijking:
H+
+ OH-
à H2O
Massa
Molmassa
Mol
0,0023
0,0023
Met 0,0023 mol OH- heeft 0,0023 mol H+ gereageerd als het omslagpunt bereikt is (verhouding 1:1)
Die 0,0023 mol H+ zat in 25,0 ml (zie stap 1 werkwijze).
0,0023 mol in
25,0 ml
0,092 mol
1000 ml
Dus de concentratie H+ (HCl) is 0,092 M. De gebruikte/oorspronkelijke standaard was 0,10 M dus er is een afwijking van 8%.
Opdracht:
Bereken nu de HCl concentratie in de oorspronkelijke standaard met jullie eigen resultaat (gebruikte hoeveelheid NaOH)
Echte experiment: Analyse van de rivierwater monsters
Op dezelfde manier als het gidsexperiment ga je nu de vervuilde rivierwater monsters analyseren.
Werkwijze
Pipetteer 25 ml van het vervuilde rivierwater in een 100 ml erlenmeyer
Voeg 3 druppels fenolftaleïne indicator toe
Vul (indien nodig) de buret met Natronloog 0,10 M (controleer of het kraantje dicht is!)
Lees de beginstand van de buret af en noteer deze waarde
Zet de erlenmeyer met rivierwater onder de buret
Titreer nu tot het omslagpunt
Lees de eindstand van de buret af en noteer deze waarde
Herhaal stap 1 t/m 7 voor hetzelfde monster (duplo meting)
Vragen bij het practicum
1. Teken de gebruikte titratie opstelling. Geef de namen van het gebruikte glaswerk en de molecuulformules van de gebruikte stoffen.
2. Zoek in BINAS tabel 97 de grenswaarde (TGG 8 uur) van zoutzuur (HCl). Leg uit wat er bedoeld wordt met grenswaarde. Wat betekent de toevoeging TGG?
3. Reken de gevonden grenswaarde voor HCl om in mol/L
4. Wat is de molariteit van de gebruikte NaOH ?
5. Geef de reactievergelijking die tijdens deze titratie is opgetreden
6. Bereken hoeveel mol OH- er aanwezig is in de door jullie getitreerde hoeveelheid NaOH
7. Met hoeveel mol H+ komt dit overeen?
8. Bereken nu de concentratie HCl in het rivierwatermonster
9. Is het punt in de rivier waar jullie monster genomen is al veilig genoeg? Leg uit
Oefenen rekenen aan zuur/base titraties
Opgave 1
Een titratie is een uitstekend hulpmiddel om de concentratie van een zuur of een base te bepalen. Bij een titratie van 25 mL zoutzuur van onbekende sterkte blijkt men 18,52 mL natronloog van 0,125 M nodig te hebben. Als indicator werd fenolphtaleïne (FFT) gebruikt.
a) Welke kleuromslag was te zien bij het equivallentiepunt van de titratie? Geef je antwoord als volgt : van …. naar …..
b) bereken de molariteit (mol/L) van het onderzochte zoutzuur (bereken hiervoor eerst het aantal mol OH- ionen in de 18,52 ml NaOH)
c) wat was de pH van het zoutzuur?
Opgave 2
WC-eend is een zuur schoonmaakmiddel, bedoel om kalk te verwijderen. Het actieve zuur in WC-eend is het eenwaardige mierenzuur: HCOOH.
Aan 5,0 mL WC-eend wordt eerst een indicator toegevoegd en dan wordt 0,080 M natronloog toegedruppeld. Als de kleur van de toegevoegde indicator omslaat is er 7,6 mL natronloog toegevoegd. Alle moleculen HCOOH hebben dan met natronloog gereageerd.
a. Geef de reactievergelijking van mierenzuur met natronloog
b. Bereken het aantal mol OH- ionen in de 7,6 ml natronloog
c. Bereken nu de molariteit van mierenzuur in WC-eend.
Antwoorden oefenen zuur/base titraties
Opgave 1
a) De indicator zit in het zoutzuur, dus was kleurloos bij lage pH. Bij het omslagpunt is de kleur lichtroze geworden. ( zie tabel 52A)
Dus : van kleurloos naar lichtroze.
b) We hebben toegevoegd : 18,25 mL natronloog met een concentratie van 0,125 mol/L. In 1000 mL zit dus 0,125 mol OH- , in 18,25 mL zit 2,3.10-3 mol OH-. Bij het omslagpunt van een titratie geldt: aantal mol OH- = aantal mol H+. Er was dus ook 2,3.10-3 mol H+. Deze zat in 25 mL. De concentratie H+ = 2,3.10-3/0,025 L = 0,091 M
c) pH = - log ( 0,091) = 1,04
Opgave 2
a. HCOOH + OH- → HCOO- + H2O
b. Toegevoegd: 7,6 ml 0,080 mol per 1000 ml Dus in 7,6 ml NaOH zit (7,6 x 0,080)/1000 = 0,608x10-3mol = 0,608 mmol OH-.
c. Aanwezig was ook 0,608 mmol HCOOH in 5,0 mL (molverhouding 1:1, zie reactievergelijking)
Molariteit = mol per 1L Dus 0,608 mmol in 5,0 ml geeft 121,6 mmol (=0,12 mol) in 1000 ml = 0,12 M
Het arrangement Zuren en anti-zuren is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Auteur
Angelina Tops-Goudswaard
Je moet eerst inloggen om feedback aan de auteur te kunnen geven.
Laatst gewijzigd
2017-08-25 08:28:02
Licentie
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:
het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.
Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten
terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI
koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI
koppeling aan te gaan.
Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.
Arrangement
IMSCC package
Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.
Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en
het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op
onze Developers Wiki.
Installatie Coach7
Om het plaatselijk laboratorium te helpen gaan jullie monsters van verschillende punten A t/m D (zie afbeelding) in de rivier analyseren op de aanwezigheid van zoutzuur. Ook berekenen jullie de concentratie zoutzuur in de rivierwatermonsters, die vervolgens vergeleken moet worden met de grenswaarde in BINAS 97.
