Les 6.3 Zuren en basen in water

• Scheikunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 4

Les 6.3 Zuren en basen in water

Planning

• Nakijken opgaven 8 t/m 11 (blz 146)
• Les 6.3 Zuren en basen in water
• Maken opgaven

Nakijken 8 t/m 11 (blz 149)

8

• a) Bij het opendraaien van de fles valt de druk in de fles weg. Het gas is niet langer samengeperst, waardoor de [CO2(g)] lager wordt. Hierdoor verschuift het evenwicht naar rechts en neemt de [CO2(aq)] ook af. Daardoor ontsnapt er gas uit de oplossing en zie je belletjes ontstaan.
• b) Als je de dop wel op de fles terugdraait, ontsnapt er net zolang CO2 uit de frisdrank tot voldoende druk is opgebouwd om een nieuw evenwicht in te stellen. Wanneer je de dop niet op de fles draait, kan alle CO2 uit de fles ontsnappen en loopt het evenwicht af naar rechts. De concentratie CO2 in de lucht is namelijk erg laag.

9

10

• A

11a

11a

11a

• b) O2(aq) ⇄ O2(g)
   
• c) Als de oplosbaarheid van zuurstof in water afneemt, verschuift het evenwicht naar rechts. Bij een temperatuurstijging verschuift het evenwicht naar de endotherme kant. Rechts is dus de endotherme kant van het proces. Dat betekent dat het proces naar links, het oplossen, exotherm is. Het oplossen van zuurstof is dus een exotherm proces.

Leerdoelen 6.3 Zuren en basen in water

• Je kunt een zuur-basereactie herkennen als een reactie waarbij H⁺-ionen worden overgedragen van een zuur naar een base.
• Je kunt de reactievergelijking opstellen van het ioniseren in water van zuren en basen.
  
• Je kunt de zuurgraad van een oplossing in verband brengen met de aanwezigheid van OH⁻-ionen of H⁺-ionen.

Eigenschappen van zuren

• Zuren zijn meestal moleculaire stoffen

Fasetoestand (bij 20 °C) verschilt per zuur:

• Fosforzuur: vast
• Salpeterzuur & zwavelzuur: vloeibaar
• Waterstofchloride: gasvormig

Gedrag van zuren in water

Een zuur kan een H⁺-ion afstaan

In water ontstaat een zure oplossing:

• Vorming van H₃O⁺ (vereenvoudigd als H⁺)
• Vorming van een zuurrestion (bijv. Cl⁻ bij HCl)

ionisatie

Ionisatie: proces waarbij zuren in oplossing ionen vormen

• vereenvoudigd: HCl(g) → H⁺(aq) + Cl⁻(aq)

• waterstofchlordide: HCl
• zoutzuur (oplossing van waterstofchloride): H⁺ + Cl^- (en H₂O)

Soorten zuren

Eénwaardig zuur: 1 H⁺ per molecuul (afstaan)

• Voorbeeld salpeterzuur: HNO₃ → H⁺ + NO₃⁻

Tweewaardig zuur: twee H⁺ per molecuul (afstaan)

• Voorbeeld zwavelzuur H₂SO₄ → 2 H⁺ + SO₄²⁻

Drie waardig zuur: drie H⁺ per molecuul (afstaan)

• Voorbeeld fosforzuur H₃PO₄ → 3 H⁺ + PO₄³⁻

Bijzonder geval: Koolzuur

• Instabiel zuur

• Ontleedt in water en koolstofdioxide:
• H₂CO₃(aq) ⇄ H₂O(l) + CO₂(aq)

Zuren, belangrijk!

• Elke zure oplossing bevat H⁺-ionen
• Hoe hoger de H⁺-concentratie, hoe zuurder de oplossing

Organische zuren

• Organische zuren = carbonzuren, bevatten een –COOH-groep (carboxylgroep)
• Methaanzuur (HCOOH (l)) is het eenvoudigste organische zuur

• Ook bekend als mierenzuur, komt voor bij mieren en brandnetels

• Ionisatie van organische zuren: Alleen het H-atoom van de –COOH-groep wordt als H⁺ afgesplitst.

Organische zuren

Als je een organisch zuur oplost in water, ontstaat een chemisch evenwicht:

• Organische zuren ioniseren slechts gedeeltelijk

                        of vereenvoudigd: HCOOH(aq) ⇄ H+(aq) + HCOO−(aq)

• Het evenwicht ligt hier naar links: dat wil zeggen lage concentratie H⁺-ionen en HCOO− ionen

Dit was alles over zuren, zijn er vragen? 

Basen

• Base: het tegenovergestelde van een zuur.
• Op microniveau: een deeltje dat een H⁺-ion kan opnemen.
• Bij oplossen in water: neemt een H⁺-ion op van een watermolecuul. Vorming van OH⁻-ionen, waardoor de oplossing basisch wordt.
• Hoe hoger de OH⁻-concentratie, hoe basischer de oplossing.

Basen (2)

• Veel basen zijn negatieve ionen. 
• Zouten met negatieve basische ionen zijn basische stoffen (bijv. natriumcarbonaat).
• Namen en formules van enkele basen -->

Basen, voorbeeld: 

Natriumcarbonaat is goed oplosbaar in water:

• Na₂CO₃(s) → 2 Na⁺(aq) + CO₃²⁻(aq)

Vervolgens treedt een zuurbasereactie op:

• Bij het oplossen van hydroxidezouten ontstaan ook OH⁻-ionen. Dit betekent dat bijvoorbeeld een oplossing van natriumhydroxide in water, natronloog, een basische oplossing is.

Basen, voorbeeld (metaaloxiden): 

• Metaaloxiden bevatten oxide-ionen (O²⁻), die reageren als base.
• Bij oplossen in water: zuur-basereactie met vorming van OH⁻-ionen.
• Voorbeeld:

• Andere voorbeelden: kaliumoxide, calciumoxide, bariumoxide.
• Niet alle metaaloxiden reageren met water (lage oplosbaarheid).

zuurgraad 

• Water kan zowel als zuur als base reageren.
• In zuiver water altijd een kleine hoeveelheid H⁺ en OH⁻ aanwezig.
• Evenwicht:

• Het evenwicht van deze reactie ligt sterk links.

zuurgraad 

Zure oplossingen:

• Bevatten H⁺-ionen.
• Concentratie van OH⁻ is verwaarloosbaar klein.
• Hoe zuurder de oplossing, hoe hoger [H⁺] en hoe hoger de zuurgraad.

Basische oplossingen:

• Bevatten OH⁻-ionen.
• Concentratie van H⁺ is verwaarloosbaar klein.
• Hoe basischer de oplossing, hoe hoger [OH⁻] en hoe lager de zuurgraad.

Neutrale oplossingen:

• Concentratie van [H⁺] is gelijk aan [OH⁻].
• Beide concentraties zijn verwaarloosbaar klein.

gemeenschappelijke kenmerken zuren/basen

Zure oplossingen:

• Ze zijn zuur van smaak.
  
• Ze geleiden de elektrische stroom (geladen deeltjes die vrij kunnen bewegen: H+ en zuurrestion).
• Ze reageren met (onedele) metalen en basische zouten.
  

Basische oplossingen:

•  Ze voelen zeepachtig aan.
• Ze geleiden de elektrische stroom (positieve ionen en OH- ionen).
• Ze reageren met (onedele) metalen en vetten.

In zuiver water is de concentratie H+ en OH− zo laag, dat het elektrische geleidingsvermogen verwaarloosbaar klein is.

Maken: 1 t/m 5 (blz 153)

Klaar? maak de rest van de opgaven ook. 

1

• a) deeltje dat een H+-ion kan afstaan
• b) deeltje dat een H+-ion kan opnemen 

2

2

3

3

4

• a) H+(aq) of H3O+(aq)
• b) H+(aq) + Cl−(aq)
• c) OH−(aq)
• d) Na+(aq) + OH−(aq)
• e) Dan is de zuurgraad ook hoog. 

4

• f) In alle zure oplossingen zijn H+-ionen en zuurrestionen aanwezig. Deze ionen kunnen in de oplossing vrij bewegen. In alle basische oplossingen zijn OH−-ionen en positieve ionen aanwezig. Deze ionen kunnen in de oplossing vrij bewegen. Daarmee voldoen deze oplossingen, net zoals bij zoutoplossingen, aan de voorwaarde voor stroomgeleiding: de aanwezigheid van geladen deeltjes die vrij kunnen bewegen.

5

• a)  

• b) 

zuren en basen in hoge concentratie

Zuur base reactie

• Zuur: Een deeltje dat een H⁺-ion kan afstaan, ook wel H⁺-donor.
• Base: Een deeltje dat een H⁺-ion kan opnemen, ook wel H⁺-acceptor.
• Zuur-basereactie: bij een reactie tussen een zuur en een base wordt het H⁺-ion van het zuur overgedragen aan de base.
• Reacties vinden meestal plaats in oplossing, maar kunnen ook optreden tussen gassen of vaste stoffen.
• Elke reactie waarbij een H⁺-ion van het ene deeltje naar het andere gaat, valt onder zuur-basereacties.

Zuur base reactie, voorbeeld 1

In waterkokers ontstaat na verloop van tijd kalkaanslag, CaCO3(s). Met schoonmaakazijn kun je deze kalkaanslag verwijderen. Hierbij vindt de volgende reactie plaats:
CaCO3(s) + 2 CH3COOH(aq) → Ca2+(aq) + H2O(l) + CO2(g) + 2 CH3COO−(aq)
Leg uit, aan de hand van de formules in de reactievergelijking, of deze reactie een zuur-basereactie is.

Voorbeeld 1

Hierbij vindt de volgende reactie plaats: 

CaCO3(s) + 2 CH3COOH(aq) → Ca2+(aq) + H2O(l) + CO2(g) + 2 CH3COO−(aq)
Leg uit, aan de hand van de formules in de reactievergelijking, of deze reactie een zuur-basereactie is.

• Aan de reactievergelijking kun je zien dat een molecuul CH3COOH een H+-ion heeft afgestaan. Na de pijl staat immers het CH3COO−-ion. De afgestane H+-ionen worden opgenomen door de CO32−-ionen die aanwezig zijn in CaCO3. Hierbij ontstaan moleculen H2O en CO2.
• Er is sprake van overdracht van H+-ionen van een zuur (CH3COOH) naar een base (CO32-).
• De gegeven reactie van het ontkalken met schoonmaakazijn is dus een zuur-basereactie.

Zuur base reactie, voorbeeld 1

In waterkokers ontstaat na verloop van tijd kalkaanslag, CaCO3(s). Met schoonmaakazijn kun je deze kalkaanslag verwijderen. Hierbij vindt de volgende reactie plaats:
CaCO3(s) + 2 CH3COOH(aq) → Ca2+(aq) + H2O(l) + CO2(g) + 2 CH3COO−(aq)
Leg uit, aan de hand van de formules in de reactievergelijking, of deze reactie een zuur-basereactie is.

Maken: 6 t/m 10 (blz 153)

Klaar? maak 12, 13 en 14

6

• a) dit is een zuur-basereactie

•  b) dit is géén zuur-basereactie
• c) dit is een zuur-basereactie

• d) dit is géén zuur-basereactie 

7

• a) O2-
• b) CO32-
• c) HCO3-
• d) OH-

8

• a) HNO3(l) → H+ (aq) + NO3−(aq)
• of HNO3(l) + H2O(l) → H3O+ (aq) + NO3−(aq)
• b) CH3COOH(l) → CH3COOH(aq)
• c) CH3COOH(aq) + H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + CH3COO−(aq)
• of CH3COOH(aq) ⇄ H+ (aq) + CH3COO− (aq)

10

• a) Ca(OH)2(s) → Ca2+(aq) + 2 OH− (aq) 
•       Na het oplossen zijn OH− -ionen aanwezig in de oplossing. De oplossing is dus basisch.
• b) Na het oplossen van het zout reageren de ontstane sulfide-ionen als base met water. 
•    Na2S(s) → 2 Na+ (aq) + S2− (aq) 
•     S2−(aq) + H2O(l) → HS− (aq) + OH− (aq)
•     Na de reactie met water zijn OH−-ionen aanwezig in de oplossing. De oplossing is dus basisch.

12

• a) H+ -ionen staan aan de rechterkant van het evenwicht. Bij een toename van het aantal H+-ionen verschuift het evenwicht naar de andere kant, dat is dus naar links.
• b) De extra H+ -ionen zullen reageren met HCO3− -ionen. Hierdoor blijft de concentratie H+ in het water (nagenoeg) constant.

13

• a) Het gevormde ammoniumchloride is een zout en is opgebouwd uit NH4+ -ionen en Cl− -ionen. De Cl−-ionen zijn ontstaan doordat HCl-moleculen H+-ionen hebben afgestaan. Deze H+-ionen worden opgenomen door NH3-moleculen waardoor de NH4+ -ionen worden gevormd. HCl reageert dus als zuur en NH3 reageert als base. Dit is dus een zuur-basereactie.
• b) ammoniak: gevaarlijke dampen
  
• waterstofchloride: bijtend

14

• a) positieve ionen (en watermoleculen)
  
• b) In schoonmaakazijn zijn H+-ionen aanwezig. Deze H+-ionen zullen in een zuur-basereactie reageren met de OH−-ionen in chloorbleekloog. De concentratie OH−-ionen in chloorbleekloog zal hierdoor dalen, waardoor de reactie naar links minder snel verloopt. Het evenwicht verschuift dan naar rechts en er zal dus meer chloor worden gevormd. En zal er dus ook meer chloorgas uit de chloorbleekloog vrijkomen.