ZUREN EN BASEN, pH

ZUREN EN BASEN, pH-BEREKENINGEN
Inleiding
Eén van de manieren waarop scheikundigen stoffen indelen is in de groepen: zuren,
basen of neutrale stoffen.
Neutraal wil zeggen: niet zuur en niet basisch.
Zure stoffen smaken meestal zuur. Voorbeelden hiervan zijn citroensap, zoutzuur,
azijn en vele andere stoffen.
Basische stoffen smaken meestal zeepachtig en maken de huid glad. Basische stoffen
zijn toiletzeep, soda en ammonia.
Neutrale stoffen smaken dus niet zuur en niet zeepachtig, maar kunnen bijvoorbeeld
wel zoet of zout smaken.
Het op smaak scheiden van stoffen is onpraktisch en gevaarlijk, daarom hebben
chemici daarvoor methoden ontwikkeld. Een van die methoden is het gebruik van
indicatoren.
Indicatoren
Reeds eeuwen geleden wist men dat sommige stoffen met een bepaalde vloeistof van
kleur konden veranderen: een indicator (een aanwijzer). Een indicator laat door
kleurverandering zien met welke stof we te maken hebben. Om zuren en basen aan te
tonen hebben we verschillende indicatoren, zoals lakmoes, dat in twee vormen
voorkomt: rood lakmoes en blauw lakmoes.
Lakmoespapier kleurt in zure oplossingen rood en in basische blauw. In neutrale
oplossingen behouden rood en blauw lakmoespapier elk hun eigen kleur.
De indicator fenolftaleïne is kleurloos in zure oplossingen, paarsrood in basisch
milieu. Ook rodekoolsap is als indicator te gebruiken.
Hoe rodekoolsap van kleur verandert bij toevoegen van een base ( hier een
zeepoplossing) is te zien in een eenvoudig proefje dat je kunt vinden op de volgende
site:
http://www.periodieksysteem.com/fedichem_nl.html
Niet alle zure stoffen zijn even zuur en voor basische stoffen geldt iets soortgelijks.
Hoe zuur of basisch een stof is kun je aangeven met een getal. Dat getal heet de pH,
de zuurgraad.
De pH
De waarde van de pH ( het woord is afgeleid van pondus Hydrogenium) ligt grofweg
tussen de 1 en de 14, al komen lagere waarden ook voor.
Een oplossing is neutraal bij een pH van ongeveer 7, is zuur bij een pH lager dan 7 en
basisch bij een pH groter dan 7,
Hieronder vind je een overzicht met waarden van de pH van een aantal bekende
oplossingen.
De pH van een oplossing kun je meten met een universeel indicator of een pH-meter.
Een universeel indicator is een strookje papier waarop verschillende indicatoren zijn
aangebracht. Als men een druppel van de te onderzoeken vloeistof op het papier
aanbrengt neemt het papier een bepaalde kleur aan behorende bij de zuurgraad. Door
deze kleur te vergelijken met de referentiestrook is af te lezen wat de pH ongeveer is.
Zie voor meer informatie en plaatjes van andere soorten indicatorpapier:
(zoek hiervoor zelf een site en maak een hyperlink)
Kleurverandering van indicatoren
In je Binas kun je een heel aantal zuur-base indicatoren vinden.
In het artikel Zuur-base-indicator uit een rode roos staan behalve de roos ook nog
andere plantaardige stoffen genoemd die als indicator zouden kunnen dienen.
http://www.thuisexperimenteren.nl/science/indicatorextractie/indicatorextractie.htm
Zoek eens op hoe de kleur van het sap van de bosbraam is in basisch milieu.
Bramen bevatten veel looistoffen,
steen-, appel- en citroenzuur en zijn
rijk aan vitamines A en C
Met behulp van een pH-meter kan men veel nauwkeuriger de zuurgraad van een
oplossing bepalen. Dit instrument meet “het gewicht”van de H+-ionen in de oplossing.
Hoe dit in zijn werk gaat kun je op de volgende bladzijde lezen.
Wat is chemisch gezien een zuur?
Enkele bekende zuren zijn zwavelzuur (H2SO4), salpeterzuur (HNO3), azijnzuur
(CH3COOH, ook vaak verkort weergegeven als HAc) en koolzuur (H2CO3).
Bij al deze stoffen komen, als ze in water worden gebracht, H+-ionen (eigenlijk
protonen) vrij. Deze ionen vormen met een watermolecuul het oxoniumion, H30+,b.v.
HCl (g) + H2O (l)
→ H3O+ (aq) + Cl- (aq)
H2SO4 (l) + 2 H2O (l) → 2 H3O+ (aq) + SO42- (aq)
HAc (aq) + H2O (l)
↔ H3O+ (aq) + Ac- (aq)
evenwichtsreactie
aflopende reactie
idem
Zuren zijn H+-donoren
Hoe meer H+ (H30+) aanwezig is, hoe zuurder de oplossing. Zoutzuur en zwavelzuur
zijn sterke zuren, ze staan in water al hun H+-ionen af . voor HCl is dat er 1 per
molecuul, voor H2SO4 zijn er dat 2. Azijnzuur is een zwak zuur, een groot deel van de
moleculen blijft ongesplitst in de oplossing aanwezig, slechts een klein deel staat een
proton af .
Tussen de concentratie van de H+-ionen en de pH bestaat het volgende verband:,pH =
-log [H+]
Als je de concentratie van H+- ionen kent, dus het aantal mol per liter, kun je de pH
berekenen en omgekeerd. Als de zoutzuurconcentratie b.v. 0,250 mol/L is, is de pH =
-log0,250 = 0,602.
En als de pH 3,2 is, wil dat zeggen –log [H+] = 3,2, dus log [H+] = -3,2. Met behulp
van de rekenmachine vinden we dan [H+] = 6.10-4 mol/L. je kunt dan vervolgens
uitrekenen hoeveel mol er zit in b.v. 10 mL, hier is dat 6.10-6 mol.
Voor nadere informatie zie: http://nl.wikipedia.org/wiki/PH
Wat is chemisch gezien een base?
Enkele veel gebruikte basen zijn natriumhydroxide (NaOH), kaliumhydroxide (KOH),
calciumhydroxide (Ca(OH)2) en ammonia (NH3-gas opgelost in water).
Als een base wordt opgelost in water komen er extra OH--ionen vrij. In zuiver water
zitten al OH- -ionen en H+-ionen, van beide 10-7 mol/L doordat in water het volgende
evenwicht heerst:
H2O (l) ↔ H+ (aq) + OH- (aq)
Een base maakt in water extra OH- -ionen vrij,zoals bij:
NaOH (s) + H2O (l) → Na+ (aq) + OH- (aq) + H2O (l)
NH3 (g) + H2O (l) ↔ NH4+ (aq) + OH- (aq)
Basen zoals NaOH, KOH en Ca(OH)2 noemen we sterke basen (geven in water een
aflopende reactie), NH3 is een voorbeeld van een zwakke base (geeft met water een
evenwichtsreactie).
Vooral bij de beschreven reactie van ammoniak met water is goed te zien dat de base
NH3 een H+ -ion opneemt. Dit kunnen alle basen doen: een base is een H+ -acceptor.
Hoe meer OH- aanwezig, hoe basischer de oplossing.
Bij zuren spreken we van pH, bij basen kunnen we spreken van pOH, waarbij pOH =
- log [OH-]
Tussen de pH en de pOH is er een relatie, voortkomend uit bovengenoemd
waterevenwicht:
pH + pOH = 14
Als we dus de pOH van een basische oplossing weten kunnen we eenvoudig de pH
berekenen. Als in een KOH-oplossing b.v. de [OH-] = 0,23 mol/L, is de pOH = -log
0,23 = 0,64. dan is de pH = 14 – 0,64 = 13,36.
Omgekeerd, als de pH 8,2 is kunnen we [OH-] uitrekenen. De pOH is dan 14 – 8,2 =
5,8, dus
log [OH-] = -5,8. met behulp van de rekenmachine vinden we [OH-]
-6
= 2.10 mol/L (1,585.10-6 afgerond).
Voor extra informatie zie:
http://proto.thinkquest.nl/~llb082/nl/?thepage=hst10
http://www.lenntech.com/water-chemie-uitgebreid-pH.htm