Syrer og baser. 2 4 Syrer og baser

Transkript

1 Syrer og baser Syrer og baser Når du er ferdig med dette kapitlet, skal du kunne a definere syre og base og gjøre rede for syre-basereaksjoner b gjøre beregninger med K a, K b og K w c måle ph med ulike metoder og beregne ph i sterke og svake syrer og baser d planlegge og gjennomføre syre-basetitreringer, begrunne valg av indikator og tolke titrerkurver e gjøre rede for protolyse av salter og gasser i vann 1 Er surt det motsatte av søtt? Har lut noe med syrer og baser å gjøre? Har en konsentrert syre ph = 0? Er en syre og en sur løsning det samme? 5 Er alle løsninger enten sure, nøytrale eller basiske? 6 Er titrering en analysemetode?

2 .1 Syre-basereaksjoner hydrogenioner blir overført 000. ph surhetsgrad med [H O ] som mål 000. Salter og gasser i vann surt, nøytralt eller basisk? 000. Syre-basetitrering vi måler [H O ] og [OH ] i en løsning 000 Visste du at ph i blodet ditt hele tiden må være rundt 7,? Kroppen din bruker mye energi på syre-basebalansen, og både lunger, blod og nyrer er involvert. Normalt klarer kroppen dette godt selv, men ved alvorlige sykdommer kan denne reguleringen svikte, noe som er livstruende. Kunnskaper om syrer og baser gjør det mulig å måle, beregne og kontrollere ph, og dette gjør det mulig for legene å sette inn tiltak som vil holde ph på riktig nivå hos en alvorlig syk pasient. Både i laboratorier og i industrien blir det brukt syrer og baser. Du finner dem også mange steder i dagliglivet, for eksempel i mange mat- og drikkevarer. I magen har vi saltsyre, som både bidrar til fordøyelsen og virker bakteriedrepende. I bilbatterier er det svovelsyre. Baser finner vi for eksempel i mange rengjørings midler. Lut er en sterk basisk løsning som brukes til behandling av nytt treverk, som malingsfjerner og til å lage lutefisk. Når vi nå skal lære mer om syrer og baser, skal vi gå inn på mikronivå og se hva som skjer i syre-basereaksjoner. Hovedrollen spilles av det aller minste ionet som finnes hydrogenionet. Mål a Når du har arbeidet med.1, skal du kunne definere syre og base og gjøre rede for syre-basereaksjoner. p e p e Et hydrogenion, H, er et H- atom som har mistet sitt elektron. Et H-ion og et proton er det samme..1 Syre-basereaksjoner hydrogenioner blir overført Definisjonen av syrer og baser er utviklet gjennom en lang historisk prosess, og den vi skal bruke her, ble satt fram i 19 av dansken Johannes Brønsted ( ) og engelskmannen Thomas M. Lowry ( ) uavhengig av hverandre. Den kalles derfor Brønsted- Lowrys syre-basedefinisjon. Vi bruker den her fordi den er velegnet til å forstå hva som skjer i syre-base reaksjonene. Hovedrollen i syre-basereaksjoner blir spilt av hydrogenioner. Et hydrogenion, H, er et H-atom som har mistet sitt elektron. Da er det bare atomkjernen igjen. Et H -ion er derfor det samme som et proton. I dette kapitlet skal du se at enkelte stoffer har den egenskapen at de kan avgi H -ioner, mens andre stoffer kan ta dem opp. Det er nettopp slike hydrogenionoverføringer som blir kalt syre-basereaksjoner, eller også protolyse.

3 Syrer og baser Vi kan som eksempel studere reaksjonen mellom ammoniakkgass (NH ) og hydrogenkloridgass (HCl): NH (g)hcl(g) NH Cl(s) H Syre-basedefinisjonen har utviklet seg gjennom en lang summerte den engelske kjemikeren Robert Boyle hva som til da var kjent om syrer og baser: «Syrer har sur smak, de løser opp mange stoffer, de virker etsende, de forandrer fargen til plantefargestoffer, og de mister syrekarakteren hvis de blandes med baser, eller alkalier, som de også kalles.» I denne reaksjonen overføres et H -ion fra hydrogenklorid til ammoniakk, altså er det en syre-basereaksjon. HCl-molekylet avgir et H - ion, og er derfor en syre. NH -molekylet tar opp et H -ion og er derfor en base. Reaksjonen mellom ammoniakkgass og hydrogenkloridgass illustrerer et viktig poeng: Det må være både en syre og en base til stede for at det skal skje en syre-basereaksjon. En syre er definert som et stoff som kan avgi hydrogenioner, mens en base definert som et stoff som kan motta hydrogenioner. Syre-basedefinisjonen de stoffene som reagerer. avgir hydrogenioner, kaller vi syrer, mens stoffer som tar opp hydrogenioner, kaller vi baser. Fordi de fleste syre-basereaksjoner foregår i vannløsninger, skal vi se nærmere på hvordan syrer og baser reagerer med vann. Syre i vann det blir dannet H O -ioner Hvis vi løser hydrogenkloridgass i vann, får vi saltsyre. Denne likevekten innstiller seg: HCl(g) H O(l) HO (aq) Cl (aq) Noen virkninger av syre: H 1 Legg noen biter av Zn og Cu i hvert sitt reagensglass med 10 % HCl. Hvilket av metallene reagerer? Det dannes hydrogengass og et salt. Klarer du å skrive reaksjonslikningen? (CaCO Karbonater spaltes i sur løsning til karbondioksidgass og vann. Skriv reaksjonslikning. hydrogenklorid vann oksoniumion kloridion (syre i vann) ( surløsning ) I denne reaksjonen overføres ett H -ion fra hydrogenklorid molekylet til vannmolekylet. Hydrogenklorid er en syre ifølge Brønsted-Lowrys definisjon. Vannet mottar ett H -ion og er ifølge den samme definisjonen en base. Det vil si at det ikke dannes noen sur løsning uten at det samtidig finnes en base som kan motta et H -ion fra syra. Tilsvarende dannes det ingen basisk løsning uten at det samtidig finnes en syre som kan gi fra seg et H -ion. H -ionet har så stor evne til å reagere at det ikke kan eksistere i fri tilstand i en løsning. Det må alltid være bun-

4 .1 Syre basereaksjoner 5 1 Sjekk fargen til avkok av rødkål og blåbærsaft i sur og basisk løsning. «grønnklokke» ved å sette en blåklokke i henholdsvis en fortynnet eddiksyreløsning og en fortynnet ammoniakkløsning. det til et vannmolekyl. Et slikt hydratisert H -ion kaller vi et oksoniumion, H O. Men istedenfor H O (aq) skriver vi likevel ofte H (aq). Legg også merke til at en sur løsning alltid er en vannholdig løsning. Syre og sur løsning O -ioner. Undersøk om iseddik leder elektrisk strøm. Tilsett vann og undersøk leder elektrisk strøm. Siden et H -ion er det samme som et proton, har det i reaksjonen skjedd en protonovergang, en protolyse. Syrer og baser blir med et felles navn kalt protolytter. Protolytter vil inneholde både positive og nega tive ioner, og vil derfor lede strøm. Protonovergangen (hydrogenionovergangen) fra saltsyre til vann kan illustreres ved hjelp av kalottmodeller og elektronformler, som vist på figuren. Gjør det samme med heksan. Kalottmodell av reaksjonen mellom hydrogenklorid og vann. Et H -ion blir overført fra hydrogenklorid til vann. Elektronformlene vises også. Vi ser at oktettregelen er oppfylt både for molekylene og for ionene. H H x H H Cl O O H H H Cl x x H O H O H x x H H x Cl Cl Løsningene som er foreslått til karet til venstre, leder ikke elektrisk strøm. Det skjer ingen H -overgang, og det blir ikke dannet ioner. Løsningene som er foreslått til karet til høyre, leder elektrisk strøm. Her dannes det ioner som kan lede den elektriske strømmen gjennom løsningen. Iseddik Rent vann Heksan Hydrogenklorid løst i heksan Eddiksyre Saltsyre (HCl(g) løst i vann)

5 6 Syrer og baser Base i vann det blir dannet OH -ioner Når ammoniakkgass (NH ) løses i vann, skjer denne reaksjonen: NH (aq) H O (l) NH (aq) H OH (aq) ammoniakk vann ammoniumion hydroksidion (base i vann) (basisk løsning) Ammoniakkmolekylet tar opp et H -ion og er derfor en base. Vann gir fra seg et H -ion og er her en syre. Kalottmodell av reaksjonen mellom ammoniakk og vann. Vannet har gitt fra seg et H -ion til ammoniakk. Elektronformlene vises også. Vi ser at oktettregelen er oppfylt både for molekylene og for ionene. H H H H H N H O N O H H H H H x N x H x x H O H N x H O x H H H H H x x x x Base og basisk løsning OH -ioner. Gjør oppgave:.1 og. 1 Hva er en sur løsning, og hva er en basisk løsning? Hva består egentlig et hydrogenion av? Hva er en protolyse? 5 Hvorfor kaller vi syrer og baser protolytter? Syrestyrke evne til å avgi hydrogenioner Du har sikkert hørt om sterke og svake syrer. Men hva er det egentlig som bestemmer om en syre er sterk eller svak? Vi kan sammenlikne styrken i to syrer ved å sammenlikne den elektriske ledningsevnen til løsninger med samme konsentrasjon av syrene i vann. Ledningsevnen til en vannløsning avhenger av konsentrasjonen av ioner i løsningen.

6 .1 Syre basereaksjoner 7 Det er tilsatt like store stoffmeng der i de to karene. HClløsningen gir et sterkt lys. Det viser at et stort antall HClmolekyler har avspaltet H - ioner i vann. HCl er en sterk syre. Eddiksyreløsningen (CH svakt lys, for den avspalter få H -ioner. Eddiksyre er en svak syre. Hell lllitt konsentrert svovelsyre i et begerglass med vann mens temperaturen måles med et termometer eller en temperatursensor koplet til en datalogger. HO Cl HO HO Cl Cl HO Cl Vi lager to enkle apparater for å måle ledningsevnen, som vist på figuren. I det ene karet har vi 0,1 mol/l saltsyre og i det andre 0,1 mol/l eddiksyre. Vi har altså tilført like store stoffmengder syre i de to karene. Forsøket viser at saltsyreløsningen er en langt bedre strømleder enn eddik syreløsningen. Det må bety at saltsyreløsningen inneholder mange flere ioner enn eddiksyreløsningen. En mye større andel av saltsyremolekylene enn av eddiksyremolekylene har avgitt H -ioner til vannet og dannet ioner. I de to likevektene HCl(g) H O(l) H O (aq) Cl (aq) CH COOH(l) H O(l) H O (aq) CH COO (aq) HO HA HA A HA 0,1 mol/l HCl-løsning 0,1 mol/l HA-løsning er den første mye sterkere forskjøvet mot høyre enn den andre. Hydrogenklorid er praktisk talt fullstendig protolysert i vann. Det er derfor nesten ingen hydrogenkloridmolekyler i løsningen. Bare en liten del av eddiksyremolekylene protolyserer. I en 0,1 mol/l eddiksyreløsning er det bare 1, % av eddiksyre molekylene som er protolysert. Vi sier derfor at saltsyre er en sterk syre, og at eddiksyre er en svak syre. Legg merke til at begrepet syrestyrke ikke er knyttet til konsentrasjonen av en syre. Saltsyre er en sterk syre selv om konsentrasjonen er lav, og eddiksyre er en svak syre selv om konsentrasjonen er høy. Ha litt sukker i et lite begerglass, og hell litt konsentrert svovelsyre over slik at sukkeret fuktes Sterk og svak syre -ioner og vil protolysere fullstendig i vann. -ioner og vil bare delvis protolysere i vann.

7 8 Syrer og baser Sterke syrer Det finnes relativt få sterke syrer. De seks mest vanlige sterke syrene er satt opp i tabellen. Syrenavn syre vann oksoniumion negativt ion Navn på negativt ion (syrerest) Perklorsyre H O H O perklorat Saltsyre HCl H O H O klorid Hydrogen bromid HBr H O H O Br bromid Hydrogenjodid O H O jodid Salpetersyre HNO H O H O NO nitrat Svovelsyre H SO O O SO sulfat De fem første syrene i tabellen kalles enprotiske syrer. De kan avgi ett H -ion for hvert molekyl av syra som deltar i en protolyse. Svovelsyre er en toprotisk syre. Hvert molekyl kan avgi to protoner i en protolyse. Vi sier at svovelsyra protolyserer i to trinn. 1. trinn: HSO HO HO HSO H. trinn: HSO H O H O SO H I det første protolysetrinnet er protolysen nesten fullstendig. H SO er derfor en sterk syre. I det andre proto lysetrinnet protolyserer bare noen av hydrogensulfationene ( HSO ). HSO er derfor en middels svak syre. I praksis regner vi med at svovelsyra protolyserer fullstendig i vann. Å finne ionekonsentrasjonen i vannløsninger av sterke syrer Hva er nitratkonsentrasjonen [ NO ] og oksoniumkonsentrasjonen [H O ] Løsning HNO ( aq) H O() l H O ( aq) NO ( aq) Fordi salpetersyre er en sterk syre, regner vi at alle salpetersyremolekylene har protolysert til oksoniumioner og nitrationer. Gjør oppgave:. [ NO ] = [ H O ] =0, 5 mol/l

8 .1 Syre basereaksjoner 9 Svovelsyre (H SO toprotisk syre. Det er den mest brukte syra på verdensbasis, og den lages med utgangspunkt i gassen SO. SO utvinnes fra rent svovel, pyritt (FeS andre svovelforbindelser. Bildet er fra vulkanen Dallol, som ligger i Danakil-ørkenen i Etiopia. Svake syrer Eddiksyre er en svak syre, og når vi løser den i vann, vil denne likevekten innstille seg: CH COOH(l) H O(l) CH COO (aq) H O (aq) Vi kan sette opp likevektsuttrykket: [ CH COO ] [ H O ] K = [ H O] [ CH COOH] Konsentrasjonen av vann står i en særstilling, for den vil være tilnærmet upåvirket så lenge vi tilsetter små mengder eddiksyre. Vi kan derfor multiplisere med [ HO ] på begge sider av likhets tegnet og erstatte K [ HO ] med en konstant som vi kaller K a. (Den lille a-en står for acid.) Den kalles syrekonstanten: [ CH COOH] [ CH COO ] [ H O ] K a =

9 10 Syrer og baser 5 Ved romtemperatur er K a = 181, 0 mol/l for denne likevekten. Den lave verdien av K a forteller oss at likevekten er forskjøvet mot venstre. Hvis vi finner hvor mange prosent av eddiksyre molekylene som protolyserer, finner vi syras protolysegrad. Å finne protolysegraden i svake syrer CH COOH(l) H O(l) H O (aq) CH COO (aq) Finn hvor mange prosent av eddiksyremolekylene som har protolysert hvis vi ved likevekt har at [ HO ] = 0, 00 mol/l. Protolysegrad (%) 100 Sterk syre Løsning 1,0 L løsning inneholde 1,0 mol eddiksyremolekyler. Hvis x mol eddiksyremolekyler protolyserer, forteller reaksjonslikningen at det dannes x mol H O -ioner og x mol CH COO -ioner. Ved likevekt er det da igjen (1,0 x konsentrasjonene [ HO ] [ CH COO ] [ CH COOH] For å finne hvor mange prosent (y vanlig prosentregning: 1,0 y = 0,00, somgir y =0, 100 Protolysegraden er 0, %. Vi kan også regne ut protolysegraden slik: 0,00 100% =0,% 1,0 0 Konsentrasjon Svak syre Protolysegraden for en sterk og for en svak syre som funksjon av syras konsentrasjon. For sterke syrer regner vi med at protolysegraden er 100 % uansett konsentrasjonen av syra. For svake syrer synker protolyse graden når syrekonsentrasjonen øker. Det er altså bare 0, % av eddiksyremolekylene som protolyseres til oksoniumioner og acetationer. Vi sier at protolysegraden for 1,0 mol/l eddiksyre er 0, %. Protolysegraden for en svak syre vil imidlertid øke når syras konsentrasjon minker, som vist i tabellen. Eddiksyrekonsentrasjon Protolysegrad i vann 1, % Ca. 15 % Bak i boka finner du en tabell over syrekonstantene, K a, til de mest vanlige svake syrene. Verdien av syrekonstanten forteller noe om syrestyrken. Jo lavere K a, desto svakere er syra.

10 .1 Syre basereaksjoner 11 Før protolyse Ved likevekt Før protolyse HCI H Cl HF Ved likevekt HF H F Forskjellen på en sterk syre og syra HCl er alle syremolekylene er bare en liten del av syremolekylene protolysert. CI H O H O HF F Syrekonstanten, K a Når vi blander en syre, HA, med vann, innstiller denne likevekten seg: HAHO A HO Vi kan sette opp følgende uttrykk for syrekonstanten K a : [ A ] [ H O ] = [ HA] K a Gjør oppgave:.5,.6 og.7a Jo lavere syrekonstanten er, desto svakere er syra. Sterke syrer har svært høye syrekonstanter, for all syra protolyserer, og [HA] er nesten lik null. Det er derfor ikke vanlig å oppgi syrekonstanter for sterke syrer. Basestyrke evne til å ta opp hydrogenioner På samme måte som for syrer skiller vi mellom sterke og svake baser: Sterk og svak base -ioner og vil protolysere fullstendig i vann. -ioner og vil bare delvis protolysere i vann.

11 1 Syrer og baser Sterke baser De mest vanlige sterke basene kommer fra hydroksider og oksider av metallene i gruppe 1 og, se tabellen nedenfor. Basenavn Formel Reaksjon i vann Natriumhydroksid NaOH NaOH Na OH Kaliumhydroksid KOH KOH K OH Kalsiumhydroksid Ca Bariumhydroksid Ba Natriumoksid Na O Na O H Kalsiumoksid CaO CaO H O Ca Tar vi for oss NaOH, er det i virkeligheten OH -ionet som er basen: NaOH (s) Na (aq) OH (aq) ( løselighetsreaksjon) OHHO HOOH ( syre-basereaksjon) H er en sterk base. Når kaustisk soda løses i vann, utvikles det varme, og vi får en sterk basisk løsning. På bildet ser vi to arbeidere som bruker Plumbo for å løsne propper i dreneringssystemet (uten beskyttelse I den siste reaksjonen ser du at OH -ioner tar opp H -ioner fra vannmolekyler, men resultatet er bare at det blir dannet et nytt OH -ion og et vannmolekyl. Antallet OH -ioner og H O-molekyler i løsningen forandrer seg ikke. Natriumoksid (Na O) og kalsiumoksid (CaO) er ione forbindelser. Når vi løser salter i vann, blir de fullstendig spaltet i ioner. Det er oksidionet O som reagerer med vannmolekylet: CaO(s) Ca (aq) O (aq) (løselighetsreaksjon) O H O OH OH (syre-basereaksjon) H Vi får en basisk løsning.

12 .1 Syre basereaksjoner 1 Å finne ionekonsentrasjonen i en sterk base Ba(OH) -løsning? Løsning Ba(OH) Ba OH 1,0 L Ba(OH), som er fullstendig spaltet Ba(OH) gir 0,00 mol OH -ioner. Konsentrasjonen av hydroksidioner blir Gjør oppgave:.8 og.9 n 0,00 mol c = = = 0,00 mol/l [OH ] = 0,00 mol/l V 1,0 L Svake baser Molekylforbindelsen ammoniakk (NH ) er et eksempel på en svak base. Forsøk har vist at ren ammoniakk ikke leder elektrisk strøm, mens en løsning av ammoniakk i vann derimot har en svak ledningsevne. Reaksjonslikningen er NH (aq) H O(l) NH (aq) OH (aq) H ammoniakk vann ammoniumion hydroksidion Vi kan sette opp følgende likevektsuttrykk: [ NH ] [ OH ] K = [ HO] [ NH] Som da vi behandlet de svake syrene, kan vi betrakte [ HO ] som en konstant. Vi multipliserer med [ HO ] på begge sider av likhetstegnet og kaller K [ HO ] for K b : [ NH ] [ OH ] = [ NH ] K b 5 Ved romtemperatur er K b = 1,8 10 mol/l for denne like vekten. Den lave verdien av K b forteller at likevekten er forskjøvet mot venstre. Hvis vi finner hvor mange prosent av ammoniakk molekylene som er protolysert, kan vi på tilsvarende måte som i eksempel også finne proto lysegraden for den svake basen.

13 1 Syrer og baser Finn basekonstanten i en svak base NH (aq) H O(l) OH (aq) NH (aq) Protolysegraden er 1, % ved likevekt. a Finn [OH ] og [ NH ] ved likevekt. b Sett opp uttrykket for basekonstanten til ammoniakk. Regn ut basekonstanten i denne likevekten. Løsning a av ammoniakkmolekyler som protolyserer, er 010, mol/l 1, = 0, 001 mol/l 100 Reaksjonslikningen viser at det dannes like mange mol hydroksidioner som ammoniumioner, og konsentrasjonen av disse ionene er [ OH ] = [ NH ] = 0, 001 mol/l b Uttrykket for basekonstanten er [ NH ] [ OH ] K b = [ NH ] Konsentrasjonene av [ OH ] og [ NH ] regnet vi ut ovenfor. Ammoniakkonsentrasjonen ved likevekt er [NH Vi setter inn likevektskonsentrasjonene i uttrykket for basekonstanten og får [, 0 001][, 0 001] K = mol/l b [ 0,099] K = 17, 10 5 mol/l b Basekonstanten, K b Når vi blander en base, B, med vann, innstiller denne likevekten seg: B HO BH OH Vi kan sette opp følgende uttrykk for basekonstanten K b : [ BH ] [ OH ] K b = [ B] Jo mindre basekonstanten er, desto svakere er basen. Sterke baser har svært store basekonstanter, for all basen protolyserer og [B] er nesten lik null. Det er derfor ikke vanlig å oppgi basekonstanter for sterke baser.

14 .1 Syre basereaksjoner 15 Gjør oppgave:.10 og.11 1 Hva er en sterk syre? Nevn eksempler på sterke og svake syrer. Skriv uttrykket for syrekonstanten til eddiksyre og uttrykket for basekonstanten til ammoniakk. 5 Hva er forskjellen mellom en sterk og en svak base? Syre-basepar én er sterk og én er svak Alle syre-basereaksjoner er egentlig kjemiske likevekter. For sterke syrer og baser er likevekten forskjøvet så langt mot høyre at vi i praksis regner den for å protolysere fullstendig. For svake syrer og baser er dette ikke tilfellet. La oss nok en gang se på likevekten som innstiller seg når vi løser eddiksyre i vann: CH COOH(l) H O(l) H O (aq) CH COO (aq) I reaksjonen mot høyre avgir eddiksyremolekylet ett H -ion og er altså en syre. I reaksjonen mot venstre tar acetationet, CH COO, opp ett H -ion og er altså en base (se eksempel ). Av den grunn kaller vi eddik syremolekylet og acetationet for et korresponderende syre-basepar: CH COOH CH COO H syre base På samme måte kan vi kalle vannmolekylet, HO, og oksoniumionet, HO, for et korresponderende syre-basepar: HO H HO base syre I en syre-basereaksjon har vi to korresponderende syre-basepar: CH COOH(l) H O(l) H O (aq) CH COO (aq) syre base syre base 1 1 Å finne korresponderende syre-basepar Finn de korresponderende syre-baseparene i disse syre-basereaksjonene: a HCl H O H O Cl b NH H O OH NH Løsning a Saltsyremolekylet og kloridionet er et korresponderende syrebasepar. Det er også vannmolekylet og oksoniumionet: HCl H O H O Cl syre base syre base 1 1

15 16 Syrer og baser HCl er en sterk syre, og likevekten er forskjøvet mot høyre. Cl er en svak base. b Ammoniakkmolekylet og ammoniumionet er korresponderende syre-basepar. Det er også vannmolekylet og hydroksidionet: NH H O OH NH base syre base syre 1 1 Av tabellen nedenfor ser du at jo sterkere en syre er, desto svakere er den korresponderende basen, og at jo sterkere en base er, desto svakere er den korresponderende syra. Legg merke til at «syrene» som står nedenfor ammoniumionet ( NH ), i praksis ikke protolyserer surt i vann. Tilsvarende vil «basene» som står over nitrittionet (NO ), ikke protolysere basisk i vann. For eksempel er den korresponderende basen til saltsyre (HCl) kloridioner (Cl ), som ikke protolyserer basisk. Den korresponderende basen til den svake syra, eddiksyre, er acetationer, og de vil protolysere basisk i vann. Korresponderende syre-basepar dem er ett H -ion. HA H A syre base Gjør oppgave:.1,.1 og.1 base. En sterk base vil ha en korresponderende svak syre. Økende syrestyrke Syre Base HCl saltsyre Cl kloridion H SO svovelsyre HSO hydrogensulfation HNO salpetersyre NO nitration H O oksoniumion H O vann H SO svovelsyrling HSO hydrogensulfittion HSO hydrogensulfation SO sulfation H PO fosforsyre H PO dihydrogenfosfation HNO salpetersyrling NO nitrittion CH COOH eddiksyre CH COO H CO karbonsyre HCO hydrogenkarbonation NH ammoniumion NH ammoniakk HCO hydrogenkarbonation CO karbonation H O vann OH hydroksidion OH hydroksidion O oksidion Økende basestyrke

16 .1 Syre basereaksjoner 17 1 Hva menes med et korresponderende syre-basepar? Hva er korresponderende syre til fluoridionet, F? Hvilken syre har den svakeste korresponderende basen? Vann både syre og base Som du har sett i dette kapitlet, spiller vann en viktig rolle i de fleste syre-basereaksjoner. I reaksjonen med ammoniakk har vannet avgitt et H -ion og er altså en syre. I reaksjonen mellom hydrogenklorid og vann har vann tatt opp et H -ion og er altså en base. Stoffer som kan reagere både som en syre og som en base, kaller vi amfotære stoffer. Vann er altså et amfotært stoff. En løsning av amfotære stoffer kalles en amfolytt. Vann er et amfotært stoff Vann kan reagere både som en syre og som en base, og er altså et amfotært stoff. Vannets ioneprodukt Vi har tidligere sagt at rent vann ikke leder elektrisk strøm. Ved å bruke et fintfølende instrument kan vi se at vann likevel leder elektrisk strøm, men at det har svært dårlig ledningsevne. Det må altså være et lite antall ioner i rent vann. Det skyldes at noen svært få vannmolekyler protolyserer, og denne likevekten innstiller seg: HO HO HO OH Det samme er vist med kalottmodeller og elektronformler nedenfor. H O H O H O OH H x O x H x x H O H O H O x H x x x H H

17 18 Syrer og baser Temperatur ( C) K W (mol/l) 0,1 0,5 1,0 1,5 5, Oversikt over vannets ioneprodukt, K w, ved forskjellige temperaturer. Vi kaller denne reaksjonen vannets egenprotolyse eller autoprotolyse. At vann har liten ledningsevne, viser seg ved at likevekten er sterkt forskjøvet mot venstre. Av 500 millioner vannmolekyler blir bare ett vannmolekyl protolysert. Rent vann inneholder altså få oksoniumioner og hydroksidioner, men like mange av hver. Likevektskonstanten for likevekten over er [ HO ] [ OH ] = K eller [H O ] [ OH ] = K [ HO [ HO] ] I rent vann og i fortynnede vannløsninger betraktes hele K [ HO ] som én konstant. Denne konstanten betegnes K w (w er forkortelse for det engelske ordet water). K w kalles vannets ioneprodukt. Uttrykket blir da [ HO ] [ OH ] = K w Konsentrasjonene av HO og OH er altså omvendt propor sjonale størrelser når den ene øker, minker den andre. Tabellen i margen viser noen verdier av K w ved ulike temperaturer. I beregninger er det vanlig å bruke verdien av K w ved 5 C, det vil si 1 1,0 10 ( mol/l ). Vannets ioneprodukt, K w hydroksidioner alltid tilfredsstille uttrykket 1 K w = [ HO ] [ OH ] = 1,010 ( mol/l) Konstanten kalles vannets ioneprodukt. Nøytralt, surt eller basisk? I rent vann er det like mange oksoniumioner som hydroksidioner. Vi får da 1 7 [ H O ] = [ OH ] = 1,0 10 mol/l = 1,0 10 mol/l og vi sier at løsningen er nøytral. Dersom vi tilsetter syre i en nøytral løsning, vil [ HO ] øke. Ettersom vannets ioneprodukt hele tiden må være det samme, vil det føre til at [ OH ] vil minke. Tilsetter vi derimot base i en nøytral løsning, vil det motsatte skje. [ OH ] øker, og [ HO ] minker.

18 . ph 19 Gjør oppgave:.16 og.18 Sur, basisk og nøytral løsning H O -ioner i forhold til OH -ioner: 7 7 [ H O ] > 1,0 10 mol/l og [ OH ] < 1,0 10 mol/l OH -ioner i forhold til HO -ioner: 7 7 [H O ] < 1,0 10 mol/l og [ OH ] > 1,0 10 mol/l 7 [ HO ] = [ OH ] = 1,010 mol/l. 1 Hva menes med vannets ioneprodukt? Hvordan kan du finne [ HO ] når du kjenner [ OH ]? Vann et universal middel. Mål b og c Når du har arbeidet kunne gjøre be regninger med K a, K b og K w og kunne måle ph med ulike metoder og beregne ph i sterke og svake syrer og baser.. ph surhetsgrad med [H O ] som mål Du har helt sikkert hørt om ph, men hva er det egentlig? Egenskapene til en løsning er i høy grad avhengig av om løsningen er sur, basisk eller nøytral. Det er derfor viktig å ha et mål for surhet som sier oss noe om forholdet mellom [ HO ] og [ OH ] i en løsning. Som et mål for surhet har kjemikerne innført ph-begrepet. Som oftest er [ HO ] en liten størrelse som varierer mellom 1 1 mol/l og 1,0 10 mol/l. Så små tall er det tungvint å skrive og regne med. Det er derfor innført et mer hensiktsmessig mål for sur - heten i en løsning. Det ble innført av Søren Sørensen ( ), en

19 0 Syrer og baser kjemiker på det danske Carlsberg-bryggeriet som trengte en grei måte å uttrykke surheten i drikkevarer på. Målet han innførte, ble kalt ph. I tabellen nedenfor er dette målet illustrert. Her ser du at når vi bruker ph, er det konsentrasjonen av [ HO ] som er utgangspunktet. ph er knyttet til den negative eksponenten når grunntallet er 10. «p» i ph står for potensen, «H» står for H -ionet. ph [H O [OH Det er [H O ]-ionet som er utgangspunktet for ph-skalaen. [H O ] [OH ] = 10 1 Legg merke til at ph-verdien endres med én enhet når en sterk syre fortynnes 10 ganger. Det betyr at en løsning med ph =,0 er 100 ganger så sur som en løsning med ph = 5,0. Blodet sørger for å holde ph i fysiske anstrengelser, som ved triatlon, vil ph kunne synke noe på grunn av opphopning av melkesyre, men vil aldri Definisjon av ph ph=log{[h O ph ]}, eller omvendt: [ HO ] = 10 mol/l { } står for «måltallet til». konsentrasjonen. ph er en ubenevnt størrelse. Å finne ph når [H O ] er gitt Hva blir ph i en løsning der [ HO ] Løsning Vi bruker definisjonen av ph og setter inn verdien for konsentrasjonen av [H O ]. Vi får da ph= log{[h O ]} = log 0,1= 1,0 Å finne [H O ] når ph er gitt Hva blir [H O ] Løsning Når vi kjenner ph, regner vi oss tilbake til oksoniumkonsentrasjonen ved å bruke formelen [H O 10 ph mol/l 10, 9 ]= = mol/l = 1, 10 mol/l

20 . ph 1 Mange næringsmidler har ph-verdi på ca. 7 i naturlig tilstand. ph i nyslaktet oksekjøtt er for eksempel 7,0, mens den i fisk er 7,. De fleste bakterier trives best ved ph fra 6,5 til 7,5. Aktiviteten ved ph under,5 eller over 9,0 er heller liten for de fleste bakteriearter. Dette utnytter vi både når vi skal konservere mat og ved rengjøring. Vi bruker ph-skalaen bare for verdier mellom 0 og 1. For løsninger der [ HO ] eller [ OH ] er større enn 1 mol/l, oppgir vi konsentrasjonen til løsningen i mol/l. ph-skalaen går fra 0 til 1 < > ph i sterke syrer konsentrasjonen av syra gir oss [H O ] Når vi skal beregne ph i en sur løsning, må vi først vite om syra er sterk eller svak. Det finnes ikke så mange sterke syrer, og du husker kanskje de tre vanligste: saltsyre (HCl), svovelsyre ( HSO ) og salpetersyre ( HNO ). Som du har sett, vil de sterke syrene protolysere nærmest fullstendig. Da er det lett å beregne ph i løsningen, for vi kan regne med at konsentrasjonen av HO blir den samme som konsentrasjonen av syra dersom syra er enprotisk. Konsentrasjonen av HO -ionene og ph-verdien blir derfor enkle å beregne, som vist i eksemplet nedenfor. Å finne ph i vannløsninger av sterke syrer Hva blir ph i a b H SO Løsning a [ HO ] ph = log0,1= 1,0 b HSO er en sterk toprotisk syre med fullstendig protolyse. HSO HO HO SO H SO -løsning er [ HO ] = [ HSO ] = 0, 00 mol/l = 0, 00 mol/l ph= log0,0 = 1,

21 Syrer og baser ph i sterk syre Når vi skal finne ph i en løsning av en sterk syre i vann, finner vi først [ HO ] ut fra konsentrasjonen av syra, som er fullstendig protolysert. Deretter finner vi ph ved å sette [ HO ] inn i uttrykket ph =log {[H O ]}. ph i svake syrer K a bestemmer [H O ] i løsningen Når vi skal beregne surhetsgraden i vann som er tilsatt svake syrer, vet vi at det ikke vil skje en fullstendig protolyse. For å kunne regne ut [ HO ] og ph-verdien i løsningen må vi derfor vite hvor stor del av molekylene som protolyserer. Den vanligste måten å finne denne andelen på er å gå ut fra syrekonstanten K a, som vi kan finne i tabeller. Jo høyere verdi syrekonstanten har, desto sterkere er syra. Jo lavere verdi den har, desto svakere er syra. Eksemplet nedenfor viser hvordan vi går fram for å finne ph i en svak syre. Gjør oppgave:.1 og. Å finne ph i vannløsninger av svake syrer Syrekonstanten, K a, til eddiksyre er 1, Løsning Vi har reaksjonslikningen ph = log [H ] For coffee it s 5; for tomatos it s ; While household ammonia s 11 or more. It s seven in water, if in a pure state, But rainwater s 6, and seawater is 8. It s basic at 10, quite acidic at, And well above 7 when litmus turns blue. Some find it a puzzlement. Doubtless their fog Has something to do with that negative log. (Fra tidsskriftet Chemical Education, CH COOH(l) H O(l) H O (aq) CH COO (aq) Først må vi beregne [ HO ]: konsentrasjonen av oksoniumioner [ CH COO ]: konsentrasjonen av acetationer [ CH COOH] : konsentrasjonen av eddiksyremolekyler som ikke har reagert finner sted, vil 1,00 L løsning inneholde 1,00 mol eddiksyremolekyler. Hvis x mol CH COOH protolyserer, forteller reaksjonslikningen at det dannes x mol H O -ioner og x mol CH COO -ioner. Dermed blir det igjen (1,00 x CH COOH -molekyler. Ved likevekt har vi da disse konsentrasjonene: [ HO ] = x = x [ CH COO ] = x = x [CH COOH] = (1,00 x x

22 . ph For å få bedre oversikt kan vi sette opp denne hjelpetabellen: CH COOH H O CH COO 1, ,00 x x x 1,00 x x x Vi setter inn i likevektsuttrykket og får [ CH COO ] [ H O ] K a = [ CH COOH] 5 x x 1,8 10 = 1,00 x 5 5 x 1,8 10 x 1,8 10 = 0 Vi løser likningen med lommeregner eller annet digitalt verktøy og får x x x må her være et tall mellom 0 og 1. Dette gir [H O ] Ut fra [H O ] kan vi nå regne ut ph-verdien. ph= log{[h O ]} = log 0,00 =, Vi oppgir vanligvis ph med én desimal. Løsning når vi bruker forenklet ph-beregning tilnærminger når dette forenkler utregningene og ikke fører til noen stor feil. Her kan vi regne med at konsentrasjonen av syra er tilnærmet den samme før og etter protolyse, ettersom en så liten del av x x 1, = 1,00 x Vi regner at 1,00 x 1,00, ettersom x 1,0 ( betyr mye mindre 1,8 = x x ,00 = 1,8 10, som gir x 5 eddiksyre med samme konsentrasjon. x =, 10 Dette gir ph=,, dvs. samme ph-verdi som om vi regner uten tilnærming.

23 Syrer og baser Når vi skal beregne ph i svake flerprotiske syrer, bruker vi bare det første protolysetrinnet. Det kan vi gjøre fordi K a1 for det første trinnet som oftest er flere tierpotenser større enn K a for det neste protolysetrinnet. ph i svake syrer Når vi skal beregne ph i løsninger av svake syrer, finner vi [ HO ] hjelp av likevektsuttrykket for syrekonstanten K a. Deretter finner vi ph ved å sette [ HO ] inn i uttrykket ph =log {[H O ]}. ved Gjør oppgave:.5 og.7 1 Hvordan er ph definert? [ HO ] hvis ph = 5? Hvorfor er det så stor forskjell på å regne ut ph i sterke i forhold til i svake syrer? 5 Har sterke syrer alltid høy konsentrasjon? ph i sterke baser konsentrasjonen av basen gir oss [OH - ] Akkurat som for sterke syrer regner vi at sterke baser protolyserer fullstendig. Kjenner vi konsentrasjonen av basen, kan vi derfor lett finne konsentrasjonen av OH -ioner i løsningen. Men for å finne ph må vi kjenne [ HO ]. Når vi kjenner [ OH ], kan vi finne [ HO ] ved å bruke vannets ioneprodukt K w. 1 Som du husker, er K w = [OH ] [ OH ] = 1,0 10 ( mol/l). På samme måte som at ph =log{[h O ]}, har vi at poh =log{[oh ]}. Sammenhengen mellom ph og poh finner vi når vi tar den negative logaritmen på hver side av uttrykket for vannets ioneprodukt ved 5 C : 1 [ H O ] [ OH ] = 1,0 10 ( mol/l) log ({[H O ] [OH ]})=log(1, ) ( log{[h O ]} log{[oh ]})=log(1, log{[ HO ]} log{[oh ]} =log(1,0 10 ) ph poh = 1,0 Kjenner vi [ OH ], kan vi altså enkelt regne ut poh og dermed ph i løsningen. Se eksemplene 10 og 11 på de neste sidene. 1 )

24 . ph 5 Å finne ph i vannløsninger av sterke baser a Ca(OH) -løsning. b Na O i vann til 00 ml løsning. Løsning a Ca(OH) (s) Ca (aq) OH (aq) 1mol 1molCa moloh [OH ] = 0,00050 mol/l = 0,0010 mol/l = 1,0 10 mol/l poh = log {[OH ]} =log1,0 10 =,0 Vi bruker formelen ph poh = 1,0. ph= 1,0,0 = 11,0 b Natriumoksid løser seg i vann slik denne reaksjonslikningen viser: Na O (s) Na (aq) O (aq) Oksidionene reagerer med vannmolekylene: O (aq) H O (l) OH (aq) Stoffmengde Na O: m 0,60 g n = = = 0,0100 mol M (,99 16,00) g/mol m Stoffmengde OH : [ OH ] = n V = 0, 000 mol 0, 00 L poh=log{[oh ]} = log 0,0500 = 1, ph= 1,0 poh= 1,0 1, = 1,7 Gjør oppgave:.1 ph i sterke baser først [ OH ] ut fra konsentrasjonen av basen, som protolyserer fullstendig. Deretter regner vi ut poh og finner ph ut fra formelen ph poh = 1,0, der poh=log{[oh ]}. [ OH ], kan vi også regne ut [ HO ] ved å bruke formelen for vannets ioneprodukt, og deretter regne ut ph. 1 K w = [ HO ] [ OH ] = 1,010 (mol/l) ph =log {[H O ]}

25 6 Syrer og baser ph i svake baser - K b bestemmer [OH - ] i løsningen Når vi skal beregne surhetsgraden i vann som er tilsatt en svak base, vet vi at det ikke skjer en fullstendig protolyse. Vi må derfor ta utgangs punkt i basekonstanten, K b, eller protolysegraden for å finne [ OH ] før vi kan regne ut ph. Du finner ikke så mange basekonstanter oppgitt i tabeller, men vi kan finne basekonstanten ved å benytte oss av K a for den korresponderende syra til basen. Det kommer vi tilbake til i neste avsnitt. Vi regner ut ph i en vannløsning av en svak base på samme måte som vi regner ut ph i en vannløsning av en svak syre, slik det er vist i eksemplet: Å finne ph i en vannløsning av en svak base ph-verdien i løsningen. K b for ammoniakk er 1, Løsning Vi har reaksjonslikningen NH H O NH OH Anta at vi har 1,00 L finner sted, vil 1,00 L av løsningen inneholde 0,100 mol ammoniakkmolekyler. Hvis x mol ammoniakkmolekyler protolyserer, forteller reaksjonslikningen at det dannes x mol NH -ioner og x mol OH -ioner. Dermed blir det igjen (1,00 x Ved likevekt har vi da disse konsentrasjonene: [ OH ] [ NH ] = x = x = x = x [ NH ] = (0,100 x = (1,00 x For å få bedre oversikt kan vi sette opp en tabell: NH NH OH 0, ,10 x x x Konsentrasjonen ved likevekt 0,10 x x x

26 . ph 7 Vi setter inn uttrykket for basekonstanten: Gjør oppgave:.,. og.5 [ NH ] [ OH ] K = b [ NH ] 5 x x 1,8 10 = (, x) Løsning av andregradslikningen på lommeregner eller ved bruk av annet digitalt verktøy gir x = [ OH ] ph= 1,0 poh= 1,0,9 = 11,1 ph i svake baser Når vi skal beregne ph-verdien i løsninger laget av svake baser, finner vi først [ OH ] ved hjelp av likevektsuttrykket for protolysereaksjonen og K b. Deretter finner vi poh og beregner ph-verdien ved å bruke formelen ph poh = 1,0, der poh=log{[oh ]} 1 Hvordan er poh definert? [ OH ] hvis poh = 5? Hva er [ HO ] hvis poh = 10? NH 5 Forklar hvordan du finner ph i en vannløsning av en svak base. Sammenhengen mellom K a og K b for korresponderende syre-basepar Basekonstanten K b blir vanligvis ikke oppgitt i kjemiske tabeller. Når vi skal regne ut ph-verdien for svake baser i vann, er det mulig å finne K b ut fra K a. Vi skal utlede denne sammenhengen generelt for et hvilket som helst syre-basepar. Vi tenker oss at vi har en svak syre med den kjemiske formelen HA. Vi løser denne syra i vann, og den protolyserer slik: HAH O A H O Den korresponderende basen til syra HA er A. A -ionene vil også protolysere, og denne likevekten vil innstille seg: A H O HAOH

27 8 Syrer og baser Vi setter opp uttrykket for syrekonstanten til HA og base konstanten til A og får [ A ] [ H O ] [ HA] [ OH ] = K = K a b [ HA] [ A ] Siden begge likevektene finnes i samme løsning, må [HA] ha samme verdi i de to likevektsuttrykkene. Tilsvarende må [ A ] ha samme verdi i de to likevektsuttrykkene. Hvis vi multipliserer de to uttrykkene med hverandre, får vi [ A ] [ H O ] [ HA] [ OH ] = K K a b [ HA] [ A ] Hvis vi forkorter, får vi at [ HO ] [ OH ] = K K, der K a b a er syrekonstanten og K b basekonstanten i et syre-basepar. Fra før vet vi at [ HO ] [ OH ] = K. I et syre-basepar gjelder derfor alltid uttrykket [ HO ] [ OH ] = K K = K w. a b w K K = K a b w Syrekonstanten, K a, er derimot oppgitt. Vi bestemmer basekonstanten ved å utnytte at for et korresponderende syre-basepar er K K = K. a b w Gjør oppgave:.6 Passende forsøk: A Å finne K b når vi kjenner K a for den korresponderende syra Finn K b for fluoridionet F. Løsning Den korresponderende syra til F syrekonstanten K a for HF er 6, 10 mol/l.. Det gir 1 K w 1,0 10 (mol/l) K = = b K 610, mol/l a = 1, mol/l Ettersom syrekonstanten for HF er mye høyere enn basekonstanten for F, må syra være mye sterkere enn den korresponderende basen. 1 Hvilken sammenheng er det mellom K a og K b? [ HO ] og [ OH ]? Hvorfor er det nyttig å finne K b før vi beregner ph-verdien i basiske løsninger?

28 . ph 9 Enkel og nøyaktig måling gjøres lettest med et ph-meter. Kalibrer et ph-meter og er forskjellene i de målte ph-verdiene? Drypp ulike indikatorer i en fortynnet saltsyreløsning, i destillert vann og i en fortynnet natrium hydroksid løsning. Lag så en oversikt over de ulike indikatorfargene. Også kroppen har indikatorer. Måling av ph indikator eller ph-meter Du har nå lært hvordan du kan beregne ph i løsninger av syrer og baser i vann. Men hvordan kan vi måle ph i laboratoriet? Det kan gjøres på flere ulike måter. Nøyaktige ph-verdier måler vi med et ph-meter. ph-meteret har to spesielle elektroder og måler egentlig spenningen i millivolt (men den oppgis som ph-enheter på ph-meteret). Spenningen er avhengig av HO -konsentrasjonen, men påvirkes også av andre ioner i løsningen. Det gjør ph-målinger mindre nøyaktige enn man skulle tro. For at ph-meteret skal måle så nøyaktig som mulig, må det være kalibrert, det vil si at det må være innstilt mot en kjent løsning med omtrent samme ph-verdi som den vi skal måle. En mer unøyaktig måte å måle ph-verdier på er å bruke en indikator. Indikatorer er fargestoffer som har den egenskapen at de skifter farge ved en forholdsvis liten forandring av ph-verdien. Lakmus, bromtymolblått og fenolftalein er eksempler på indikatorer. Indikatorer vi selv kan lage, er rødkålsaft og blåbærsaft. En oversikt over ulike indikatorer og deres omslagsområde er satt opp i tabellen på neste side. Vi kan også bruke ph-papir eller universalindikatorer. Det er papirstrimler innsatt med flere fargestoffer som kan skifte farge ved bestemte ph-verdier. Vi dypper strimmelen ned i den aktuelle løsningen og sammenlikner med en fargeskala.

29 0 Syrer og baser Indikator Omslagsområde (ph) Farge på «sur side» Farge på «basisk side» Krystallfiolett gul blå Tymolblått rød gul rødoransje guloransje rød gul Lakmus rød blå Bromtymolblått gul blå Tymolblått gul blå Fenolftalein fargeløs rød Alizaringult gul fiolett Tabellen viser oversikt over noen indikatorer og deres omslagsområde. Mange syre-baseindikatorer er selv svake syrer. Felles for dem er at syra har én farge, mens den korresponderende basen har en annen farge. Vi tenker oss en syre-baseindikator HIn som i vann har likevekten HIn H O H O In surfarge basiskfarge og at syra HIn har en farge som avviker sterkt fra fargen til In -ionene. Det blir da løsningens ph-verdi som avgjør fargen på løsningen. Hvis vi tilsetter en syre i en løsning som inneholder indikatoren, vil likevekten forskyve seg mot venstre, og den «sure» fargen vil dominere. Hvis vi tilsetter et overskudd av hydroksidioner, vil likevekten forskyve seg mot høyre, og den «basiske» fargen vil dominere. ph-målinger ph kan måles ved bruk av indikatorer, med ph-papir eller med et phmeter. Bruker du et ph-meter, må du først kalibrere det mot løsninger med kjent ph. ph-papir inneholder flere indikatorer med ulike farger og omslagsområder. Vi finner ph-verdien ved å se på fargen på phstrimmelen dyppet i prøveløsningen og sammenlikne den med en fargeskala. 1 Hva er en indikator? Hvilken farge har indikatoren fenolftalein i sur og i basisk løsning? Hvilken farge tror du bromtymolblått har i en nøytral løsning? 5 Hvordan kan vi bruke indikatorer til å angi ph-verdier?

30 . Salter og gasser i vann 1 Mål e Når du har arbeidet med., skal du kunne gjøre rede for protolyse av salter og gasser i vann.. Salter og gasser i vann surt, nøytralt eller basisk? Som du så i kapittel, er vann et svært godt løsemiddel for mange ulike stoffer, for eksempel mange salter og gasser. Dersom ingen av ionene eller molekylene reagerer med vannet, blir løsningen nøytral, men hvis noen av dem protolyserer, kan det bli dannet enten sure eller basiske løsninger. ph i saltløsninger ionene bestemmer Ioner uten protolyse Du har sett at K K = K for et korresponderende syre-basepar. Av a b w denne formelen ser du at sterke syrer (svært stor K a ) må ha en korresponderende svak base (svært liten K b ) og omvendt. Den sterke syra HCl har for eksempel Cl som sin korresponderende base. Cl er derfor en veldig svak base som har svært liten evne til å ta opp protoner fra vann. Det samme gjelder for Br, I og NO, som også blir dannet av sterke syrer. Ionene Na, K, Li, Mg og Ba (fra gruppe 1 og i periodesystemet) har liten evne til å frigjøre protoner fra vann, og de vil dermed ikke inngå i en syre-basereaksjon. Hvis vi for eksempel tilsetter natriumklorid (NaCl) i vann, vil verken Na eller Cl føre til protolyse av vannet. ph-verdien i løsningen vil derfor ikke endre seg. Ioner som protolyserer En vannløsning av saltet natriumacetat (NaCH COO) farger rød lakmus blå. Løsningen er altså basisk. Fra forrige avsnitt vet vi at Na -ionenes evne til å reagere med vann er liten. Vi kan derfor anta at det er acetationene, CH COO, som reagerer med vannmolekylene og gir en basisk løsning. Vi har da syre-baseparet CH COOH CH COO, der acetationet er basen. Acetationet, som altså er korresponderende base til en svak syre, er en forholdsvis sterk base sammenliknet med vann. Acetationene tar derfor opp H -ioner fra vannmolekylene i reaksjonen med vann slik reaksjonslikningen viser: CH COO H O CH COOH OH H Det blir dannet eddiksyremolekyler og hydroksidioner, og vi får en basisk løsning. Vi har tidligere lært at eddiksyre er en svak syre. I en 0,1 mol/l eddiksyreløsning er bare 1, % av eddiksyre molekylene protolysert og danner HO -ioner. Konsentrasjonen av OH -ioner er

31 Syrer og baser mye høyere, og overskuddet av hydroksidioner vil gi den basiske reaksjonen med lakmus. Generelt vil natriumsaltene til sterke syrer gi nøytrale løsninger i vann. Natriumsaltene til svake syrer gir basiske løsninger i vann. Vannløsninger av ammoniumklorid, ammoniumsulfat og ammoniumnitrat gir sure reaksjoner. NH Cl(aq) surt, nøytralt eller basisk? Vurder om en løsning av NH Cl er sur, nøytral eller basisk. Løsning Ammoniumklorid ( NH Cl NH, og kloridioner, Cl. Vi vet fra før at kloridionenes evne til å ta opp H - ioner er svært liten. Ammoniumionet er den korresponderende syra til den svake basen NH, og vil derfor fungere som en syre. NH H O NH H O NaHCO (aq) surt, nøytralt eller basisk? Vurder om en løsning av NaHCO er sur, nøytral eller basisk. Løsning NaHCO Na HCO Natriumionene protolyserer ikke. HCO -ionene er korresponderende base til en svak syre, HCO, og protolyserer basisk: HCO H O H CO OH 8 K b ) = (HCO, 10 mol/l Legg et stykke kritt (CaCO tilsatt litt BTB. Hva skjer her? HCO -ionet kan også protolysere som en syre (det er korresponderende syre til karbonationet, CO HCO H O CO H O 11 K a (HCO ) = 8 10, Gjør oppgave:.,.5 og.6 Passende forsøk: B og F Siden K >> K, er den dominerende reaksjonen at HCO b a -ionet reagerer som base. Natriumhydrogenkarbonat gir derfor en basisk løsning.

32 . Salter og gasser i vann Surhetsgrad i saltløsninger vann. andre er en svak syre i reaksjon med vann. andre reagerer som en svak base. sammenlikne K a og K b for å avgjøre om løsningen blir sur, nøytral eller basisk. 1 Gi eksempler på salter som i vann gir sure, basiske og nøytrale løsninger. Cl, ikke protolyserer? Forklar hvorfor saltet ammoniumbromid (NH Br Hvordan forklarer vi at CO -ioner gir basisk løsning i vann? Sure oksider oksider av ikke-metaller Du har sikkert hørt om sur nedbør. Gassene svoveldioksid, nitrogenoksider og karbondioksid har i en årrekke vært i fokus i mediene blant annet fordi disse gassene gir sure løsninger når de blandes med vann. Men hva skjer egentlig? Hvis vi for eksempel bobler karbondioksidgass ned i vann som er tilsatt BTB, vil vi se at løsningen blir gul. Løsningen er sur. Noen av karbondioksidmolekylene har løst seg i vann og reagert med vannmolekylene og dannet karbonsyre: CO (g) H O(l) H CO (aq) Karbonsyra protolyserer i to trinn: 1. trinn:hco HO HO HCO hydrogenkarbonation H. trinn: HCO H O H O CO karbonation H Blås gjennom et sugerør ned i en kolbe med vann tilsatt litt BTB. Forklar det du observerer. Siden det er litt CO i luft (ca. 80 ppm), vil ph i regnvann være 5,6 og ikke 7. Det er først når ph i regnvann er under 5,6 at vi snakker om sur nedbør, og den lave ph-verdien skyldes i hovedsak gassene svoveldioksid og nitrogendioksid. Ved forbrenning av svovelholdig olje og kull blir det dannet svoveldioksid (SO ). Denne gassen kan igjen reagere med oksygen i luft og

33 Syrer og baser danne svoveltrioksid (SO ). Både SO og SO kan reagere med vann og danne henholdsvis sovelsyrling og svovelsyre, og danner derfor sure løsninger. SO (g) H O(l) H SO (aq) (svovelsyrling) SO ( g) H O(l) H SO (aq) (svovelsyre) Nitrogensur nedbør får vi ved forbrenning ved høy temperatur. Da reagerer nitrogengass med oksygengass i lufta og danner nitrogenmonoksid (NO), som igjen reagerer med oksygen og danner nitrogendioksid (NO ). NO reagerer med regndråper og danner salpetersyre (HNO ) og salpetersyrling (HNO ). stort problem i Sør-Norge. Det oppstod fiskedød, og vann ble avtaler med England, der den verste forurensningen kom fra, og omfattende kalkingsprogrammer ført til at fisken er kommet tilbake flere steder. NO ( g) H O (l) HNO ( aq) HNO ( aq) Som du har sett, reagerer mange ikke-metalloksider med vann og danner sure løsninger. Slike oksider kaller vi derfor sure oksider. I de sure oksidene holdes oksygenatomet og ikke-metallatomet sammen av polare kovalente bindinger. Styrken til syrene i vann øker med antall oksygenatomer i molekylene. Som navnene antyder, er derfor salpetersyre (HNO ) en sterkere syre enn salpetersyrling (HNO ), og svovelsyre (H SO ) en sterkere syre enn svovel syrling (H SO ). Ikke alle oksidene av ikke-metallene er sure oksider. Nitrogenmonoksid (NO) og karbonmonoksid (CO) reagerer ikke med vann.

34 . Salter og gasser i vann 5 Sure oksider Oksider som reagerer med vann og gir en sur løsning, kaller vi sure oksider 1 H Li Be Danner basiske oksider Danner amfotære oksider Danner sure oksider 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F He 10 Ne 11 Na 19 K 1 Mg 0 Ca 1 Sc Ti V Cr 5 Mn 6 Fe 7 Co 8 Ni 9 Cu 0 Zn 1 Ai 1 Ga 1 Si Ge 15 P As 16 S Se 17 Cl 5 Br 18 Ar 6 Kr Oversikt over hvilke grunnstoffer som danner sure oksider, hvilke som danner basiske oksider, og hvilke som danner amfotære oksider. 7 Rb 55 Cs 87 Fr 8 Sr 56 Ba 88 Ra 9 Y 71 Lu 0 Zr 7 Hf 58 Ce 1 Nb 7 Ta 59 Pr Mo 7 W 60 Nd Tc 75 Re 61 Pm Ru 76 Os 6 Sm 5 Rh 77 Ir 6 Eu 6 Pd 78 Pt 6 Gd 7 Ag 79 Au 65 Tb 8 Cd 80 Hg 66 Dy 9 In 81 Tl 50 Sn 8 Pb 51 Sb 8 Bi 5 Te 8 Po 5 I 85 At 5 Xe 86 Rn Ha noen dråper fenolftalein i et begerglass med vann. Tilsett en spatelspiss CaO i vannet. Forklar det du observerer. Basiske oksider oksider av alkalimetaller og jordalkalimetaller Et vanlig tiltak mot forsuring av vann har vært å kalke vannet med blant annet kalsiumoksid (CaO). Hvis vi lar CaO reagere med vann som er tilsatt BTB, blir løsningen blå. Løsningen er basisk, så den må altså inneholde et overskudd av OH -ioner. Du har tidligere i dette kapitlet lært at oksidionet (O ) er en svært sterk base. CaO(s) Ca (aq) O (aq) (løselighetsreaksjon) O (aq) H O(l) OH (aq) OH (aq) (syre-basereaksjon) Når de mest elektropositive metallene i alkali- og jordalkali gruppene danner oksider, reagerer de med vann og danner hydroksidioner. De kalles derfor basiske oksider. I basiske oksider er metallet og oksygenet bundet sammen med ionebinding. Passende forsøk: C Basiske oksider vi basiske oksider. oksider med basekarakter.

35 6 Syrer og baser Amfotære oksider både sure og basiske Noen oksider kalles amfotære fordi de kan reagere både som en syre og som en base. Vann (H O) er jo et oksid som vi tidligere har kalt et amfotært stoff. Metallet sink, som har middels elektronegativitet (1,6), danner et amfotært oksid. Sinkoksid (ZnO) er uløselig i vann, men kan reagere både med en sterk syre og med en sterk base: ZnO(s) H (aq) Zn (aq) H O(l) Her virker sinkoksid som et basisk oksid. ZnO(s) OH (aq) H O(l) Zn(OH) (aq) Her virker sinkoksid som et surt oksid. Bindingen mellom metallet og oksygenet er en mellomting mellom ionebinding og polar kovalent binding. Amfotære oksider amfotære oksider. Gjør oppgave:.7 1 Hvilke grunnstoffer danner sure oksider? Hva er et amfotært oksid? Mål d Når du har arbeidet med., skal du kunne planlegge og gjennomføre syrebasetitreringer, begrunne valg av indikator og tolke titrerkurver.. Syre-basetitrering vi måler [H O ] og [OH ] i en løsning Du har sikkert hørt at surt og basisk nøytraliserer hverandre. Dette kan vi benytte blant annet til å måle konsentrasjonene av sure eller basiske løsninger ved å foreta en syre-basetitrering. Nøytralisering like mange av H O som av OH - Hva skjer egentlig når vi blander sure og basiske løsninger? Tenk deg at du starter med 0 ml 0,10 mol/l saltsyre i en kolbe, og at du tilsetter en løsning av en sterk base, for eksempel 0,10 mol/l natronlut.

36 . Syre basetitrering 7 HO -ionene i kolben vil da reagere med OH -ionene som tilsettes, etter denne likningen: HO OH HO HO Sluttløsningens ph-verdi vil avhenge av hvor mye base som er tilsatt. Vi kan få én av tre muligheter: Sluttløsningen blir sur, basisk eller nøytral. Sluttløsningen blir sur Hvis sluttløsningen er sur, er det satt til færre OH -ioner enn det opprinnelig var HO -ioner i kolben. ph i sterk syre tilsatt underskudd av sterk base Hva blir ph når 500 ml NaOH? Løsning For å finne ph i denne løsningen må vi beregne stoffmengden av HO -ioner og OH -ioner. Stoffmengden finner vi ved å bruke formelen n= c V. Stoffmengden av H O i kolben: n= c V = 0,10 mol/l 0,500 L = 0,050 mol Stoffmengden av OH som blir tilsatt: n= c V = 0,10 mol/l 0,100 L = 0,010 mol Oksoniumionet og hydroksidionet vil reagere med hverandre i forholdet 1 : 1. HO OH HO Det vil si at 0,010 mol H O vil reagere med 0,010 mol OH. Det vil da være igjen et overskudd av H O 0,00 mol Konsentrasjonen av H O blir n c = V = 0,00 mol (0,500 0,100 L = 0, 067 mol/l ) ph= log{[h O ]} = log 00, 67 = 1, Sluttløsningen blir basisk Hvis sluttløsningen er basisk, har vi tilsatt mer OH enn det opprinnelig var HO -ioner i løsningen. Vi regner med at alle oksoniumionene har reagert, og at det derfor er overskudd av hydroksidioner i løsningen.

37 8 Syrer og baser ph i sterk syre tilsatt overskudd av sterk base 1,0 L Hva blir løsningens ph? Løsning Vi bruker samme framgangsmåte som i eksemplet foran. Stoffmengden av H O i kolben: n= c V = 0,0 mol/l 1,0 L = 0,0 mol Stoffmengden av OH som blir tilsatt: n= c V = 0,80 mol/l 0,500 L = 0,0 mol 0,0 mol H O reagerer med 0,0 mol OH. Overskuddet av OH Konsentrasjonen av OH blir n 0,10 mol c = = = 0,067 mol/l V ( 1,0 0,500) L -1 w 1,0 10 (mol/l) [H O ] = K OH 0,067 mol/l =1, [ ] = mol/l 1 ph= log{[h O ]} =log1,5 10 = 1,8 Gjør oppgave:.5 og.5 Sluttløsningen blir nøytral Når det blir tilsatt like mange mol OH -ioner som det opp rinnelig var HO -ioner, vil løsningen bli nøytral. Vi kan regne med at alle oksoniumionene har reagert med alle hydroksid ionene og dannet vann. 7 I den nøytrale løsningen er [ H O ] = [ OH ] = 1, 0 10 mol/l. ph i løsningen blir da 7. Som du skal se, kan vi bruke dette til å bestemme nøyaktig konsentrasjonen av syrer og baser ved titrering. Syre-basetitrering vi bestemmer ekvivalenspunktet Syrer og baser kan nøytralisere hverandre, og det er dette vi benytter oss av når vi ønsker å bestemme konsentrasjonen av en syre eller en base i en løsning. Vi kan da utføre en syre-basetitrering der vi gjør nøyaktige volummålinger. Et viktig hjelpemiddel her er en byrette, se figuren på neste side. I byretten har vi en løsning med kjent konsentrasjon (titrervæsken eller standardløsningen), og ved hjelp av byretten kan vi måle det nøyaktige volumet vi tilsetter titrerkolben. I titrerkolben måler vi opp et nøyaktig volum av løsningen med ukjent konsentrasjon som vi skal bestemme. Ved hjelp av en indikator kan vi avgjøre når den tilsatte mengden av løsningen fra byretten svarer til mengden

38 . Syre basetitrering 9 Byrette med 0,100 mol/l NaOH av den ukjente løsningen i titrerkolben. Dette kaller vi endepunktet for titreringen, og det viser oss i praksis hvor vi skal avslutte titreringen. Ved ekvivalenspunktet er det ekvivalente (likeverdige) mengder av oksoniumioner og hydroksidioner i kolben. Stoffmengden av HO -ioner er da lik stoffmengden av OH -ioner. I eksemplet nedenfor ser du hvordan vi kan beregne den ukjente konsentrasjonen i en løsning etter å ha målt volumene i en slik syrebasetitrering. Resultatet av en titrering kan ikke bli mer nøyaktig enn nøyaktigheten av standardløsningen. Standard løsningen kan enten kjøpes ferdiglaget, eller den kan lages i laboratoriet. Titrerkolbe med 50,00 ml x mol/l HCl tilsatt indikator (BTB) Magnetrører Titrering av en HCl-løsning - byretten. Å bestemme konsentrasjonen av en HCl-løsning ved hjelp av syre-basetitrering Vi skal bestemme konsentrasjonen av en HCl-løsning og tar ut nøyaktig 50,0 ml av løsningen med ukjent konsentrasjon med en mye NaOH-løsning fra byretten at løsningen i titrerkolben blir grønn. Da er løsningen nøytral. Vi leser av skalaen på byretten og NaOH. Hva er konsentrasjonen av HCl-løsningen? Peleusballong Pipette Et nøyaktig volum av HCl-løsningen med ukjent konsentrasjon suges opp i pipetten med en peleus ballong og overføres til titrer kolben. Løsning Vi skriver reaksjonslikningen: HCl(aq) NaOH(aq) H O(l) NaCl(aq) Denne reaksjonslikningen forteller at 1 mol saltsyre nøytraliserer 1 mol natriumhydroksid og danner vann og et salt. Vi finner først stoffmengden av den NaOH-løsningen vi har tilsatt: n= c V = 0,100 mol/l 5,0 10 L =,50 10 mol løsning av HCl er det altså,50 10 mol HCl. Vi kan da beregne den opprinnelige HCl-konsentrasjonen slik: n= c V,50 10 mol = c 50,0 10 L 50, 10 mol c = = 0, 0500 mol/l 50, 0 10 L Gjør oppgave:.55 Passende forsøk: D

39 0 Syrer og baser Syre-basetitrering eller en basisk løsning. tilsatte stoffmengden i titrerløsningen er blitt den samme som stoffmengden i den ukjente løsningen i titrerkolben. 1 Hva mener vi med en nøytralisering? Hva er ekvivalenspunktet? Hva mener vi med endepunktet for titreringen? Valg av indikatorer fargeomslag i riktig ph-område Forutsetningen for en vellykket titrering er at ekvivalenspunktet kan bestemmes så nøyaktig som mulig. Tidspunktet for når vi avslutter målingene (endepunktet) må ligge så nøyaktig som mulig opp til ekviva lenspunktet. Men for å kunne avgjøre hvilken ph-indikator som skal brukes i de ulike typene av titrering, er det nødvendig å vite hvordan ph-verdien endrer seg i titrerkolben etter hvert som vi tilsetter løsningen fra byretten. På figuren finner du en oversikt over omslagsområder og farger for noen vanlige syre-baseindikatorer. ph-verdi Nøytral 6 5 Gul Figuren viser omslagsområdene og deres farger for en del syre-baseindikatorer. 1 0 Krystallfiolett Metyloransje Metylrødt Lakmus Bromtymolblått Nøytralrødt Kresolrødt Fenolftalein Alizaringult Trinitrobenzen

40 . Syre basetitrering 1 Det går fram av figuren at indikatorene har en blandingsfarge innenfor et ph-område på to ph-enheter. Dette omslags intervallet er forskjellig for forskjellige indikatorer. ph-verdien ved ekvivalenspunktet forteller hvilke indikatorer som passer best. Vi skal nå se på noen ulike titreringer og hvilke indikatorer som passer best. Sterk syre og sterk base ekvivalenspunkt ved ph = 7 Tenk deg at du foretar en titrering med utstyr og kjemikalier som vist på figuren foran. Du tilsetter natronluten porsjonsvis i kolben og måler ph i løsningen etter hver tilsetning. Deretter tegner du en kurve der ph er framstilt som en funksjon av hvor mye base som er tilsatt. ph 1,0 11,0 Titrerkurve for titrering av ph-verdien er framstilt som en funksjon av tilsatt volum natriumhydroksidløsning. Karakteristisk for alle titrerkurver er at de har en S-form eller en omvendt S-form. 9,0 7,0 5,0,0 1,0 0 Fenolftalein BTB, lakmus Metyloransje ml Tilsatt 0,100 mol/l NaOH Vi finner ekvivalenspunktet for titreringen der kurven er brattest (i vendepunktet for kurven). Både syra og basen protolyserer fullstendig, og ved ekvivalenspunktet er løsningen nøytralisert: Koble en ph-elektrode til en datalogger og registrer fortløpende ph-verdier og volum tilsatt fra byretten i en syre-basetitrering. Bruk dataloggeren eller et tilhørende dataprogram til å tegne titrerkurven. HCl(aq) NaOH(aq) H O(l) NaCl(aq) Verken Na eller Cl protolyserer, og derfor er ph-verdien i den nøytraliserte løsningen 7,0. Titrerkurven viser at vi kan bruke flere indikatorer for å finne ekvivalenspunktet: BTB, lakmus, metyloransje eller fenolftalein. Men vi får minst feil ved å velge en indikator som har et omslags område som er mest mulig symmetrisk omkring ekvivalens punktet. Indikatoren BTB blir ofte brukt ved titrering av en sterk syre med en sterk base. Fargeforskjellen mellom gult, grønt og blått er heller ikke så vanskelig å oppfatte for øynene våre.

41 Syrer og baser Svak syre og sterk base ekvivalenspunkt ved ph > 7 Vi gjør et nytt titreringsforsøk, men denne gangen bytter vi ut 0,100 M HCl med 0,100 M eddiksyre i titrerkolben. Etter å ha målt sammenhengende verdier av volum natronlut tilsatt og ph i løsningen kan vi tegne en titrerkurve. Ved ekvivalenspunktet vil den svake syra og den sterke basen ha reagert med hverandre til natriumacetat: CH COOH(aq) NaOH(aq) H O (l) CH COONa(aq) Natriumionet vil ikke protolysere, men det vil derimot acetationet: CH COO (aq) H O (l) OH (aq) CH COOH(aq) Denne løsningen gir en basisk reaksjon. Derfor ligger ekvivalenspunktet på en ph-verdi som er høyere enn 7,0. Beregninger viser at ekvivalenspunktet nås når ph-verdien blir 8,7 (se nedenfor). ph 1,0 1,0 10,0 8,7 8,0 Fenolftalein Titrerkurven for titrering av COOH ph-verdien er framstilt grafisk som en funksjon av tilsatt volum NaOH. 6,0,0,9, Tilsatt 0,100 mol/l NaOH ml Ut fra omslagsområdene til indikatorene på figuren foran kan vi se at indikatorene fenolftalein og tymolblått er gunstige indikatorer i denne typen titrering. De har begge omslagsintervall omtrent symmetrisk om ph-verdien 8,7. Hvis vi bruker fenolftalein, er fargeforandringen fra fargeløst til rosa i tillegg lett å observere for øyet vårt.

42 . Syre basetitrering Å finne ph ved startpunktet, ved halvtitreringspunktet og ved ekvivalenspunktet Vi skal her vise hvordan vi kan beregne ph ved startpunktet, ved halv- Løsning A ph ved startpunkt Før vi starter, er det bare eddiksyre i titrerkolben, og ph er bestemt av konsentrasjonen av syra. CH COOH(l) H O(l) H O (aq) CH COO (aq) 5 Eddiksyre er en svak syre med K a = 1,8 10 mol/l. Som vi tidligere har lært, må vi bruke uttrykket for likevektskonstanten til å finne [ HO ] og ph. Hvis x reaksjonslikningen at det blir dannet x H O -ioner og x CH COO -ioner. Dermed blir det igjen (0,100 x eddiksyremolekyler. For å få bedre oversikt kan vi sette opp denne hjelpetabellen: CH COOH H O CH COO 0, ,100 x x x Vi setter inn i uttrykket for K a og får [ CH COO ] [ H O ] = [ CH COOH] K a x x K = a 0, 100 x Vi omformer uttrykket og får en andregradslikning: 5 6 x 1,8 10 x1,8 10 = 0 Vi løser likningen ved å bruke lommeregner eller et annet digitalt verktøy og får x = 1, 10 [ HO ] = 1, 10 ph=log( 1, 10 ) =,9 Som du ser, stemmer beregningen med hva du kan lese ut av titrerkurven foran.

43 Syrer og baser B ph ved halvtitreringspunktet Etter hvert som vi tilsetter natronlut i eddiksyreløsningen, blir det dannet acetationer og vann: CH COOH(aq) OH (aq) H O(l) CH COO (aq) eddiksyre hydroksidioner vann acetationer Når vi har tilsatt så mye natronlut at halvparten av den opprinnelige mengden eddiksyre har reagert til acetationer, er vi ved halvtitreringspunktet. Ved halvtitreringspunktet er da [CH COOH] = [ CH COO ]. Likevektsuttrykket [ CH COO ] [ H O ] K = blir da K = 1 [H O ] a a [ CH COOH] 5 [H O ] = K = 1,8 10 mol/l a 5 ph=log1,8 10 =,7 titrerkurven. C ph ved ekvivalenspunktet Ved ekvivalenspunktet har all eddiksyra reagert med OH -ionene: CH COOH(aq) OH (aq) H O(l) CH COO (aq) H O, CH COO og Na -ioner. ph er derfor bestemt av basen CH COO, som protolyserer litt i løsningen. CH COO (aq) H O(l) OH (aq) CH COOH(aq) Før vi kan finne ph, må vi finne [ CH COO ] ved ekvivalenspunktet og deretter bruke K for denne svake basen til å finne [ ] b OH i løsningen. Stoffmengden CH COO ved ekvivalenspunktet = stoffmengden CH COOH ved start. n= c V = 0,100 mol/l 0,050 L = 0,00500 mol Volumet i titrerkolben ved ekvivalenspunktet i denne titreringen er [ CH COO ] ved ekvivalenspunktet er: n c = V = 0,00500 mol 0,100 L = 0,0500 mol/l Da står det igjen å beregne ph i en svak base. Vi regner at x som hjelp:

44 . Syre basetitrering 5 CH COO OH CH COOH 0, ,0500 x x x Vi setter likevektskonsentrasjonene inn i uttrykket for basekonstanten til den svake basen CH COO. Det gir [ CH COOH] [ OH ] = [ CH COO ] K b 10 x x 5,56 10 = 0,0500 x Vi omformer uttrykket og får x , x, = 0 Vi bruker lommeregner eller et digitalt verktøy og får x = 5, [ OH 6 ] = 5,7 10 mol/l 6 poh=log 5,7 10 = 5, ph = 1,0 poh = 1,0 5, = 8,7 Gjør oppgave:.57 og.58 Passende forsøk: E Vi får altså ikke nødvendigvis en nøytral løsning selv om vi nøytraliserer en syre med en base. Svak base og sterk syre ekvivalenspunkt ved ph < 7 Vi gjør igjen et tilsvarende titreringsforsøk, men denne gangen kan vi for eksempel titrere den svake basen ammoniakk (NH ) mot den sterke syra saltsyre (HCl). NH HCl NH Cl Når vi har ekvivalente mengder syre og base, får vi en løsning av ammoniumklorid (NH Cl). Titrerkurven er vist på neste side, og du ser at ekvivalenspunktet denne gangen har en ph-verdi som er mindre enn 7,0. Det er fordi NH -ionet gir sur reaksjon med vann (korresponderende syre til den svake basen NH ). Beregninger og avlesing av titrerkurven viser en ph-verdi lik 5,. Ut fra titrerkurven kan vi se at indikatoren metylrødt er en gunstig indikator i denne typen titrering. Den har omslags intervall omtrent symmetrisk om ph-verdien 5,. Overgangen fra gult til rødt skulle det også være mulig for øyet vårt å observere.

45 6 Syrer og baser ph 1,0 11,1 10,0 8,0 Titrerkurven for titrering av NH med framstilt grafisk som en funksjon av tilsatt volum saltsyre. 6,0 5,,0,0 0 Metylrødt ml Tilsatt 0,100 mol/l HCl Gjør oppgave:.59 og.60 ph ved ekvivalenspunktet og valg av indikator dannet, protolyserer. inneholder et ion som er korresponderende base til den svake syra. inneholder et ion som er korresponderende syre til den svake basen. omslagsområde mest mulig symmetrisk omkring ekvivalenspunktet i titreringen. syre med en sterk base eller en svak base med en sterk syre? finne endepunktet for en titrering? Hva mener vi med halvtitreringspunktet? Hva kjennetegner titrerkurven rundt halvtitreringspunktet? fortsetter å tilsette NaOH etter at ekvivalenspunktet er passert?

46 . Syre basetitrering 7 en titrering av en ukjent saltsyreløsning. Det ble gjort tre parallelle målinger. Når vi har gjennomført en titrering, er det også vanlig å oppgi den absolutte usikkerheten i resultatene. Det gir oss et mål på spredningen og dermed på nøyaktigheten i resultatene våre. Den absolutte usikker heten u finner vi ved å ta den største verdien og trekke fra den minste av verdiene, og så dividere med to: c c maks min u = Resultatet oppgir vi da som gjennomsnittsverdien den absolutte usikker heten. Feilkilder i titreranalyser grove, systematiske og tilfeldige feil En titreranalyse er en kvantitativ analysemetode, og som i alle målinger kan det være ulike feilkilder. Vi skiller mellom grove feil, systematiske feil og tilfeldige feil. Det er for eksempel en grov feil å bruke feil formel i beregninger eller lese av et helt galt volum på byretten. Å bruke en uren byrette der dråper av løsningen blir hengende igjen på veggen, eller å starte med luft i byrettespissen, som kanskje fylles i løpet av titreringen, er andre eksempler på grove feil. En systematisk feil i en analyse gir samme gale resultat hver gang. Et eksempel på dette er hvis standardløsningen har en annen konsentrasjon enn du tror. NaOH kan for eksempel ta opp CO fra lufta hvis den blir stående lenge uten kork. I et slikt tilfelle blir konsentrasjonen av NaOH lavere enn den var opprinnelig. Titreranalysen vil da kunne gi et resultat som er høyere enn den riktige verdien. Bruk av indikator kan også være en feilkilde. Hvis indikatoren du bruker har omslagsområde før ekvivalenspunktet, vil titrer volumet bli for lite. Har du tilsatt for mye indikator, vil dette også kunne påvirke resultatet, for indikatoren forbruker også noe av standardløsningen. [HCl] (mol/l) 0,115 Gjennom snitt Absolutt usikkerhet Resultat (konsentrasjon med 0,115 0,109 =0,00 0,11±0,00 En tilfeldig feil har ingen direkte årsak. Små variasjoner i avlesinger av byrette eller pipette eller ulike vurderinger av farge omslag ved endepunktet fra gang til gang, kan gi små variasjoner i resultatet. Slike feil blir ofte mindre med øvelse. Dessuten utfører vi flere parallelltitreringer og bruker gjennomsnitts verdien som den «riktige» verdien. Husk at vi ikke bruker flere sifre i svaret enn det er i den av målingene våre som har færrest sifre.

47 8 Syrer og baser Buffer der ph holder stand I innledningen til dette kapitlet leste du at blodet vårt må ha ph = 7,. Avvik på så lite som 0, ph-enheter kan være livstruende. Til tross for at det i kroppens celler blir dannet sure nedbrytningsprodukter som blir tatt opp i blodet, blir blodets ph-verdi lite endret. En av grunnene til dette er at vi i blodet finner stoffer som kan reagere både med HO -ioner og med OH -ioner. En slik løsning kalles en buffer («ph-støtdemper»). Altså er blodet en buffer. Jamfør tri atlonutøveren på bildet i kapittel.. Det viser seg at mange bufferløsninger består av en svak syre og et lettløselig salt av den korresponderende basen til syra, for eksempel eddiksyre (CH COOH) / natriumacetat (NaCH COO) karbonsyre (H CO ) / natriumhydrogenkarbonat (NaHCO ) Av titrerkurven ved titrering av en svak syre (eddiksyre) med sterk base (NaOH), ser du at endringen i ph i titrerløsningen blir mindre rundt halvtitreringspunktet. Løsningen er en buffer fordi den inneholder en blanding av eddiksyre og acetationer. En bufferløsning kan også være en løsning av en svak base og basens salt, for eksempel ammoniakk (NH ) og ammoniumklorid (NH Cl). I kjemi får du lære mer om buffere. Buffer hvis vi tilsetter små mengder syre eller base. En støtdemper er en buffer. en væske som kan ta imot små mengder syre eller base uten at ph endrer seg nevneverdig. Slike buffere bruker vi til å 1 Hva er en buffer? er en buffer. Om vi tilsetter litt NaOH eller HCl til bufferen, endres ph lite. Skriv reaksjonslikninger som viser hva som skjer når vi tilsetter litt NaOH og litt HCl til bufferen.

48 Sammendrag 9 Syre-basereaksjoner H-ioner mellom stoffene som reagerer. Det stoffet som avgir H-ioner, kaller vi en syre. Det stoffet som tar opp H-ioner, kaller vi en base. basepar. Syre-basereaksjoner er alltid likevekter. Syrestyrke/basestyrke En sterk syre protolyserer nesten fullstendig i vann, mens en svak syre bare protolyserer delvis. Tilsvarende har vi sterke og svake baser. Styrken av en syre er bestemt av syrekonstanten K a, og styrken av en base er bestemt av base-konstanten K b. Syre-basepar som kan gå over i hverandre ved hydrogenionoverføring. Enprotiske/flerprotiske syrer Enprotiske syrer har bare ett H-ionsom kan spaltes av; flerprotiske syrer har to eller tre avspaltbare H-ioner. K a1 for det første trinnet er som oftest flere tierpotenser større enn K a for det neste protolysetrinnet. Vannets ioneprodukt,k w denne likevekten: H O(l) H O(l) H O ( aq) OH ( aq) 1 K w = [H O ] [OH ] = 1,0 10 ( mol/l). Konstanten K w kaller vi vannets ioneprodukt. Øker mengden av H O -ioner, må antallet OH -ioner minke tilsvarende, og omvendt. ph ph=log{[h O ]} eller den negative logaritmen til måltallet for oksoniumkonsentrasjonen. 7 ([H O ] > 1,0 10 mol/l). 7 ([H O ] = 1,0 10 mol/l). 7 ([ H O ] < 1,0 10 mol/l). ph måles med et ph-meter eller med ph-papir med indikatorer. Syre-baseindikator En indikator er et stoff som får forskjellig farge i kan indikatoren ha en mellomfarge. Syrekonstanten, K a For en syre HA som protolyserer i vann etter reaksjonslikningen HAHO A HO, er syrekonstanten [ A ] [ H O ] K a. = [ HA] Størrelsen på syrekonstanten forteller oss om styrken på syra. Syrekonstantene kan vi finne i kjemiske tabeller. Vi bruker dem blant annet når vi skal finne ph i løsninger laget av svake syrer. Basekonstanten, K b For en base B som protolyserer i vann etter reaksjonslikningen B HO BH OH, er basekonstanten [ BH ] [ OH ] K b =. [B] Størrelsen på basekonstanten sier noe om hvor sterk basen er. Basekonstanten må vi som oftest finne ut fra syrekonstanten til den korresponderende syra etter likningen K K = K, der a b w 1 K w = 1,0 10 ( mol/l). Basekonstanten bruker vi blant annet når vi skal finne ph i løsninger laget av svake baser.

49 50 Syrer og baser Saltløsninger og surhetsgrad Når vi løser et salt i vann, får vi frie ioner. En slik saltblanding kan være nøytral, sur eller basisk, alt etter om ionene har sure eller basiske egenskaper i protolysen med vann. Sure, basiske og amfotære oksider Sure oksider er ikke-metalloksider som gir sure løsninger i vann. Basiske oksider er metalloksider (av alkali- og vann. Amfotære oksider er metalloksider som kan virke både som syrer og som baser. Det er metaller med elektronegativitetsverdi rundt Nøytralisering Syrer og baser nøytraliserer hverandre. Når vi blander en sur løsning med en basisk løsning, blir løsningen sur hvis antallet mol H O kommer i overskudd, nøytral ved like store (ekviva- H O og OH, og basisk hvis OH kommer i overskudd. Syre-basetitrering pet om nøytralisering. Titreringen er en kjemisk analysemetode som gjennom volummålinger gjør det mulig å finne konsentrasjonen av H O eller OH i en løsning. Titrerkurve og indikatorvalg En titrerkurve beskriver ph-verdiene i titrerkolben som en funksjon av tilsatt mengde standardløsning. Kurvene har alltid enten en S-form eller en omvendt S-form. Vendepunktet til kurven bestemmer hvilke indikatorer som kan brukes i titreringen. Vi velger indikator som har omslagsområde symmetrisk omkring vendepunktet. Ekvivalenspunktet Ekvivalenspunktet er nådd når stoffene som reagerer med hverandre, er til stede i like store mengder, slik at det ikke er overskudd av noen av ph ved ekvivalenspunktet Ved titrering av en sterk syre med en sterk Ved titrering av en svak syre med en sterk fordi den korresponderende basen til den svake syra vil protolysere. Ved titrering av en svak base med en sterk syre vil ph ved ekvivalenspunktet ligge under svake basen vil protolysere.

50 Oppgaver 51.1 Syre-basereaksjoner.1 a Hva er forskjellen mellom en syre og en sur løsning? b Hvilke av stoffene under er syrer, og hvilke er sure løsninger? HNO C H COOH l 17 1 (). Skriv reaksjonslikningen mellom vann og a HBr b HNO. Hva er den kjemiske formelen for a eddiksyre c salpetersyre b karbonsyre d svovelsyre. Hva er ionekonsentrasjonene i a c HNO b d H SO.5 Skriv reaksjonslikningen for syras reaksjon med vann og syras syrekonstant for følgende svake syrer: a HCN, hydrogencyanid eller blåsyre b HNO, salpetersyrling c HCO, karbonsyre (første og andre protolyse-.6 a Skriv uttrykkene for syrekonstantene for de svake syrene HF, NH og HSO. b Hvilken av syrene er sterkest, og hvilken er svakest?.7 Finn protolysegraden i disse løsningene: a CH COOH når [H O ] ved likevekt er 6,0 10 *b CH COOH når [CH COO ] ved likevekt er 1,9 10 mol/l Hvordan går det med protolysegraden når syras konsentrasjon minker?.8 Hva blir [OH ] i disse løsningene: a b Ca[OH].9 Hva er ionekonsentrasjonene i a NaOH c AlCl b Ba( OH).10 Sett opp basekonstanten K b for disse svake basene: a CN b NH c CH COO.11 De fleste svake baser er ioner. a Skriv en reaksjonslikning for det som skjer når den svake basen HCO reagerer med vann. b Skriv uttrykket for basekonstanten for den svake basen HCO. c 8 K b =, 10.1 mengder i landbruket for å konservere gress a Skriv likningen for reaksjonen mellom maursyre og vann. b Hva er maursyras korresponderende base?.1 a Hvilke av forbindelsene CH COOH, HNO, NH, NH, SO og O er sterke eller svake syrer, og hvilke er sterke eller svake baser? b Skriv navn og formler for de korresponderende syrene og basene.

51 5 Syrer og baser.1 Finn syre-baseparene i disse reaksjonene: a NH ( aq) H O() l NH ( g) H O ( aq) b CH COOH(l) H O(l) H O (aq) CH COO (aq) c NH (g) H O (l) OH (aq) NH (aq).15 Hva har stoffene innbyrdes til felles i hver av de to gruppene nedenfor? a KOH, Ba( OH ), NH, CaO b HCOOH,HCN,HNO,HNO.16 Skriv reaksjonene med vann som viser at hydrogenfosfationet, HPO -ionet, kan opptre både som en *.17 Den vanligste måten å desinfisere vannet i svømmebassenger på, er å tilsette klor. Når klor tilsettes vann, dannes det raskt to syrer: Cl (g) H O (l) HCl( aq) HClO( aq) a Sett opp uttrykket for syrekonstanten, K a, for svært god bakteriedreper. b 6 løsning der [H O ] = 10 mol/l. c Hvordan går det med den desinfiserende effekten til vann tilsatt HClO hvis vannet blir mer basisk?.18 Avgjør om løsningene er sure, basiske eller nøytrale. [ HO ] a [ HO ] =10 8 mol/l d = 100 [ OH ] 10 b [OH ] = 10 mol/l c [ HO ] = 1 e [ OH ] [ OH ] = 10 [ HO ] *.19 Skriv løsningene i rekkefølge etter økende elektrisk ledningsevne. E Rent vann H SO *.0 hydroksidioner. Har Truls rett?. ph.1 Finn ph i en a b c HNO -løsning d 1, 10 5 HNO -løsning. Hva er [ HO ] i a gulrotsaft med ph = 5,0 b et fjellvann der ph =,0 c sitronsaft med ph =,0 Hva er forholdet mellom [H O ] i løsningen i oppgave a og løsningen i oppgave c? *. To 100,00 ml vannløsninger av HCl har ph =,5 a Hva er forholdet mellom [ HO ]-konsentra- sjonene i løsning A og løsning B? b Løsningene A og B blandes. Hva blir ph nå? *. Finn konsentrasjonen av alle ionene ved likevekt. Finn også ph-verdien i alle løsningene. For de sterke syrene forutsettes det fullstendig protolyse. a d b e HNO c HNO.5 Hvilken av disse syrene er den sterkeste? Begrunn svaret. A HCO D HPO B HNO E CH COOH C HSO F HCOOH *.6 klorid og 0,00 mol kaliumklorid. Deretter blir det tilsatt destillert vann slik at volumet av løsningen blir,0 L. Hvilke eller hvilken av påstandene under er riktig? A [ HO ] [ Cl ] B [ Na ] C [ K ]

52 Oppgaver 5.7 En av de første organiske syrene som ble renfram- a Er maursyre en sterk eller en svak syre? Begrunn svaret. b c Avgjør om ph-verdien i maursyreløsningen øker, minker eller holder seg uendret hvis vi tilsetter rent vann..8 En løsning som inneholder,0 g HCOOH per liter, HO og protolysegraden. *.9 a Hva er konsentrasjonen av molekylene og av ionene ved likevekt? b Hvor stor er K a ut fra disse opplysningene? *.0 Svovelsyrling (H SO K a (Første protolysetrinn vil si at det bare er ett H -ion - H SO -løsning. (Vi ser bort.1 Beregn ph i disse løsningene: a b c 1, Ca(OH) d 5, Ca(OH). Finn ph i en a b Ba(OH) -løsning c d 1,50 10 mol/l KOH-løsning *. Det meste av karbondioksidet som blir produsert i cellene i kroppen, blir transportert av blodplasma i form av hydrogenkarbonationer, HCO. Hvilken verdi har brøken [ HCO ]/[ H CO ] når blodet 7 K a (H CO )=, 10 mol/l Velg ett av svaralternativene:. Finn [ OH ], protolysegrad og ph i a NH c NH b NH Hvordan endrer de tre størrelsene seg etter hvert som konsentrasjonen avtar?.5 Beregn ph-verdien a b -løsning c når, g NH -gass ledes ned i 00 ml vann.6 Finn K b for basen når K a for den korresponderende syra er 5 a K a (CH COOH) =1,8 10 mol / L b K a (HCOOH) =1,5 10 mol / L 10 c K a (NH ) = 5,6 10 mol /L.7 For borsyre (HBO skrives slik: HBO HO HBO HO K a 10 a Er dette en svak eller en sterk syre? b Hva er borsyras korresponderende base? c Skriv likningen for denne basens reaksjon med vann. d Beregn verdien av basekonstanten K b til den korresponderende basen. *.8 Du får utlevert tre umerkede begerglass. De inneholder ammoniakk, natriumhydroksid og bariumhydroksid med samme konsentrasjon. Hvordan vil du gå fram for å finne ut hva som er i de ulike begerglassene?

53 5 Syrer og baser.9 Sett opp i rekkefølge, med lavest ph først. H SO NH.0 Hvilken syre har den sterkeste korresponderende basen? *.1 - a Beregn ph i løsningen. b Ola foreslår å lage en løsning med samme ph ved å bruke halvparten så stor masse kalsium- heftig diskusjon oppstår! bruker i diskusjonen? Hvem har rett? *. To løsninger av to sterke syrer, A og B, hver på 1,0 L kar. Hva blir ph i blandingen?. Salter og gasser i vann. Stoffene nedenfor blir hver for seg løst i vann som sur eller basisk? Skriv reaksjons likningene og begrunn svaret. Skriv også navn på hvert av saltene. a KNO d MgCO g KCN b NaCl e KHSO h Ca(CH COO ) c KCH COO f NH NO i LiH PO. Du tar litt av saltet natriumhydrogenkarbonat i vann. Blir løsningen sur eller basisk?.5 som syre eller base avgjør løsningens surhet. Avgjør om disse løsningene blir nøytrale, sure eller basiske: a NH CH COO b (NH ) CO.6 Bestem ph-verdien i disse saltløsningene: a d NH Cl b NaNO e c KCH COO f NaHCO.7 Gir disse stoffene sur, basisk eller nøytral løsning i vann? Begrunn svaret ut fra reaksjonslikninger. a CO b SO c.8 Hvilke tre vannløselige gasser fører til at nedbøren blir surere? *.9 Sammenlikn løseligheten av saltene i rent vann og i maursyre løsning. a c Sølvklorid b Sølvkarbonat *.50 Like store stoffmengder av svoveldioksid og svoveltrioksid løses i hvert sitt begerglass med 0,1 L rent *.51 Du får utlevert et ph-meter og fem begerglass med løsninger i. Begerglassene inneholder vannløsninger med samme stoffmengde konsentrasjon av natrium cyanid, kaliumklorid, natriumacetat, ammoniumnitrat og natriumhydrogensulfat. Hvordan vil du gå fram for å finne ut hva som er i hvilket begerglass?. Syre-basetitrering.5 Vil løsningen du får når du blander like store stoffmengder av syrene og basene nedenfor, være sur, basisk eller nøytral? Skriv reaksjonslikninger som del av begrunnelsen. a HCl KOH b HSO NaOH c HBr Ca(OH)

54 Oppgaver 55.5 Finn ph-verdien i den løsningen vi får når vi blander a b c H SO NaOH *.5 Vi blander like store stoffmengder av syrene og basene nedenfor. Vil løsningene bli sure, basiske eller nøytrale? Begrunn svaret. a HCN LiOH b CH COOH NH.55 titrerkolbe. HCl fra en byrette. Finn konsentrasjonen av NaOHløsningen..56 ph ph ml Figuren viser titrerkurven som ble tegnet etter at a Hva er ph i saltsyra før titreringen starter? b Hvilken konsentrasjon hadde saltsyra? c Finn konsentrasjonen av hydroksidioner i baseløsningen. d Hvilken indikator ville du brukt i denne titreringen? Begrunn svaret. e Hvilken av de følgende baseløsningene ble mest sannsynlig brukt i titreringen: ammoniakk løsning, kaliumhydroksidløsning, bariumhydroksid løsning eller natriumhydroksidløsning? Begrunn svaret..57 a Hva er konsentrasjonen av den opprinnelige eddiksyreløsningen? b Regn ut ph-verdien i blandingen ved ekvivalenspunktet. *.58 En undersøkelse av husholdningseddik ble utført slik: 50,0 ml husholdningseddik ble fortynnet med destillert vann til 1,00 L i en målekolbe. pipette og overført til en erlenmeyerkolbe, tilsatt hydroksidløsning. a Regn ut konsentrasjonen av eddiksyre i husholdningseddiken. b Regn ut ph i den eddiksyreløsningen som var i erlenmeyerkolben før titreringen startet. Regn også ut ph ved ekvivalenspunktet når du går ut fra at sluttvolumet i erlenmeyerkolben var svarene, til å lage en enkel skisse av titrerkurven. c Hvilken indikator ville du brukt? Begrunn svaret. d opp i en byrette som nylig var spylt med destillert vann, og som fortsatt var fuktig. Hvordan virket dette inn på resultatet av titreringen? Begrunn svaret..59 Vi skal bestemme konsentrasjonen av en ning i en erlenmeyerkolbe og tilsetter indikator. saltsyreløsning.

55 56 Syrer og baser a Finn konsentrasjonen av ammoniakkløsningen. b Beregn ph-verdien til løsningen i erlenmeyerkolben ved ekvivalens punktet etter den første titreringen. c Hvilke indikatorer kan vi bruke i forsøket?.60 NH blir titrert med Tabellen nederst på siden viser hvordan ph-verdien forandrer seg etter hvert som det tilsettes HCl. a Tegn en graf som viser ph som funksjon av tilsatt volum HCl. (Velg volum HCl på førsteaksen b Bruk grafen og les av ph ved ekvivalenspunktet. c Bruk grafen og les av ph ved halvtitreringspunktet. d Foreslå en egnet indikator for denne titreringen. e Beregn ph i løsningen før titreringen starter. f Beregn ph i løsningen ved halvtitreringspunktet. g Hva er konsentrasjonen av de ionene som det er mest av ved ekvivalens punktet? h Beregn ph i løsningen ved ekvivalenspunktet. i Sammenlikn de beregnede verdiene med dem du leste av på grafen, og vurder om det er samsvar verdier. j Beregn ph i løsningen når det er tilsatt totalt 5,0 ml av saltsyra. k Hva vil ph i løsningen til slutt nærme seg hvis vi fortsetter å tilsette saltsyre?.61 Skisser titrerkurvene ved titrering av a kaliumhydroksid med salpetersyre b salpetersyrling med natriumhydroksid c saltsyre med ammoniakk Hvilken indikator ville du brukt i hver av titreringene? *.6 reaksjon med hydrogenperoksid (H O Reaksjonslikningen er SO (g) H O (aq) H SO (aq) av H O Hva var masse prosenten av SO i lufta?.6 Vi tilsetter saltsyre til den svake basen NH. Titrerkurven er vist nedenfor. Hvilke av påstandene er korrekte? ph 1,0 11,1 10,0 8,0 6,0 5,,0,0 0 A B C Metylrødt D ml Tilsatt 0,100 mol/l HCl a [NH ] < [NH ] b [NH ] = [NH ] c [ HO ] = [ OH ] d [NH ] = [NH ] e [NH ] < [NH ] f [H O ] < [OH ] Volum/mL 0 5,0 10,0 15,0 ph 11,1 10,0 Volum/mL 0,0 ph 5,

56 Syrer og baser 57 FORSØK Du trenger: 0,0 mol/l ammoniumklorid (NH Cl ) 0,0 mol/l ammoniakk (NH ) Ionebyttet/destillert vann Standard bufferløsninger, ph = 7,00 og ph =,00, til kalibrering av ph-meter ph-meter Målebeger, 10 ml Mykt papir Vernebriller Syrer og baser A Beregning av syrekonstanten (K a ) og basekonstanten (K b ) til et syre-basepar Ut fra likevektsreaksjonen NH H O NH OH ser vi at NH NH / er et korresponderende syre-basepar. Vi skal ved hjelp av ph-målinger regne ut syrekonstanten for NH og basekonstanten for NH. Deretter skal vi prøve å få bekreftet regelen om at K K = K. Forsøket gir også trening i å a b w bruke et ph-meter og foreta så nøyaktige ph-målinger som mulig. Læreren har på forhånd laget 0,0 mol/l NH Cl og 0,0 mol/l NH. Forsøket kan gjøres slik at noen elevgrupper gjør forsøk med NH Cl, mens andre gjør forsøk med NH. 1 Start forsøket med å kalibrere ph-meteret ved hjelp av standard bufferløsninger. (Følg lærerens anvisninger for hvordan du kalibrerer.) Mellom hver gang du foretar en ph-måling, må du skylle elektroden med rent vann og tørke forsiktig av med tørkepapir. Husk at elektrodene er sårbare, og at de alltid må oppbevares i væske. Skyll begerglasset med litt 0,0 mol/l NH Cl. Tøm litt 0,0 mol/l NH Cl i begerglasset. Sett ph-elektroden ned i begerglasset og les av ph-verdien. Før resultatene inn i tabellen. 5 Gjenta punktene, men denne gangen med 0,0 mol/l NH. Konsentrasjonen av løsningen ph [H O ] mol/l [NH ] mol/l [NH ] mol/l K a mol/l O,0 mol/l NH Konsentrasjonen av løsningen ph poh [OH ] mol/l [NH ] mol/l [NH ] mol/l K b mol/l O,0 mol/l NH 6 Skriv en rapport der du får med hvordan du gjennomførte forsøket. Legg vekt på å presentere resultatene og på hvordan du foretok utregningene. 7 Sammenlikn resultatet med resultatene til de andre i klassen. Finn gjennomsnittsverdiene for K a og K b. Regn også ut klassens resultat for K K. Sammenlikn med regelen om at K K = K. Drøft feilkilder. a b a b w

57 58 Forsøk B Saltløsninger og surhetsgrad Du trenger: 0,1 mol/l natriumklorid (NaCl) 0,1 mol/l natriumacetat (NaCH COO) 0,1 mol/l natriumsulfat (Na SO ) 0,1 mol/l natriumkarbonat (Na CO ) 0,1 mol/l natriumhydrogenkarbonat (NaHCO ) 0,1 mol/l ammoniumklorid (NH Cl) 0,1 mol/l ammoniumsulfat (( NH ) SO ) Bromtymolblått, BTB ph-papir (og/eller ph-meter) Glasstav Reagensglass Reagensglasstativ Merkelapper Vernebriller I dette forsøket skal du undersøke om vannløsninger av forskjellige salter danner sure, nøytrale eller basiske løsninger. Du skal også avgjøre hvilket ion, det positive eller det negative, som eventuelt er årsak til at saltløsningen blir sur eller basisk. Saltene løses i destillert vann som på forhånd er kokt, slik at det ikke inneholder løst karbondioksid. Det er viktig for resultatene at vannet som brukes, har en ph-verdi på ca. 7. Forsøket kan utvides til å gjelde flere saltløsninger enn de som er foreslått her. 1 Hell natriumkloridløsningen i et reagensglass slik at om lag halvparten av reagensglasset er fylt med løsning. Overfør en dråpe av løsningen til et ph-papir med en glasstav. Før resultatet inn i tabellen. Har du ikke ph-papir, kan du tilsette noen dråper med BTB-løsning og avgjøre om løsningen er sur, nøytral eller basisk. Før resultatet inn i tabellen. Utfør samme forsøk med de andre saltløsningene, og noter resultatene i tabellen. Før du fyller ut den siste kolonnen i tabellen for å finne hvilket ion som er årsak til sur eller basisk løsning, må du sammenlikne resultatene fra de ulike testene. Salt ph Sur, nøytral eller basisk løsning Natriumklorid (NaCl) Natriumacetat (NaCH COOH) Natriumsulfat (Na SO ) Natriumkarbonat (Na CO ) Natriumhydrogenkarbonat (NaHCO ) Ammoniumklorid (NH Cl) Ammoniumsulfat ((NH ) SO ) Ionet som er årsak til sur eller basisk løsning I rapporten din skal du legge vekt på å begrunne hvilket av ionene som er årsak til sur eller basisk løsning. Skriv reaksjonslikningene for ionenes protolyse i vann. Presiser ut fra likningene hvorfor noen salter gir sur reaksjon, mens andre gir basisk reaksjon i vann.

58 Syrer og baser 59 C Oksider i vann blir løsningen sur eller basisk? Du trenger: Svovel (S) Magnesiumoksid (MgO) Kalsiumoksid (CaO) BTB-løsning eller annen passende indikator Blått lakmuspapir Liten forbrenningsskje Reagensglass Erlenmeyerkolbe, 50 ml Sugerør Gassbrenner Begerglass Vernebriller Her skal vi undersøke hva slags løsninger vi får når oksider rea gerer med vann. Du skal la to ikke-metalloksider og to metalloksider reagere med vann. Deretter skal du bruke flytende indikator og indikatorpapir for å undersøke om vannet er blitt surt eller basisk. FORSØK A 1 Hell litt BTB i et reagensglass som er halvfullt med vann. Blås karbondioksid (CO ), med et sugerør ned i reagensglasset. (Karbondioksid kan også ledes fra en gassflaske eller lages ved å la marmor og saltsyre reagere med hverandre.) Hva ser du? Skriv reaksjonslikningen for reaksjonen mellom karbondioksid og vann. Varm løsningen forsiktig opp. Hva ser du? Forklar det som har skjedd. FORSØK B Ta litt svovelpulver i en liten forbrenningsskje og varm opp svovelet med en gassflamme til det begynner å brenne. Forsøket bør utføres i avtrekksskap. Hva ser du? Hvilken gass har du laget? Hold et fuktig blått lakmuspapir over det brennende svovelet. Hva ser du? Alternativt kan du la svovelet brenne en liten stund nede i en erlenmeyer kolbe. I kolben har du litt vann tilsatt noen dråper BTB. Etter å ha tatt ut forbrenningsskjeen med det brennende svovelet, rister du litt på kolben. Hva skjer? Skriv reaksjonslikninger. FORSØK C 5 Hell litt magnesiumoksid i et reagensglass som er halvfullt med vann. Bland godt. For å få løst magnesiumoksidet må løsningen eventuelt varmes litt. 6 Tilsett noen dråper BTB. Hva ser du? Skriv reaksjonslikning som forklaring. FORSØK D 7 Hell litt kalsiumoksid i et reagensglass som er halvfullt med vann. Bland godt. 8 Tilsett noen dråper BTB. Hva ser du? Skriv reaksjonslikning som forklaring. Rapport likningen for oksidets reaksjon med vann og om oksidet er surt eller basisk. skjer når ikke-metalloksider og oksider av jordalkalimetaller reagerer med vann.

59 60 Forsøk D Syre-basetitrering analyse av husholdningseddik Du trenger: 0,100 mol/l NaOH eller annen nøyaktig bestemt NaOHløsning Husholdningseddik, 5 % (ufarget) Fenolftalein Erlenmeyerkolbe, 50 ml Byrette Pipette, 5 ml Peleusballong Målekolbe, 100 ml Stativ Byretteholder Magnetrører Mykt papir Vernebriller I dette forsøket skal du bestemme konsentrasjonen av husholdningseddik ved titrering med en sterk base. 1 Skyll en byrette tre ganger med litt av standardløsningen, og hell litt standardløsning i byretten slik at glasspissen blir fylt. Hvis det er luftbobler i byretten eller i glasspissen, kan du presse dem ut ved å la løsningen renne fort og støtvis ut av byretten, som du holder nesten vannrett. Fyll deretter byretten over nullmerket og la løsningen renne ut av byretten til bunnen av menisken har nådd nullmerket. Pipetter ut 5,0 ml 5 % husholdningseddik og overfør det til en 100 ml målekolbe. Fortynn løsningen til 100 ml-målemerket. Bland godt. Ta ut 5,0 ml av den fortynnede husholdningseddiken med en pipette med peleusballong, og overfør innholdet til en erlenmeyerkolbe. Tilsett noen dråper fenolftalein som indikator. Plasser kolben med den fortynnede husholdningseddiken på en magnetrører for å få mekanisk røring under forsøket. La standardløsningen renne ned i kolben. Når du nærmer deg endepunktet, må du tilsette løsningen dråpevis. Endepunktet er nådd når løsningen i kolben blir svakt rødfarget, og fargen varer i 0 sekunder. Les av på byretten og finn hvor mye NaOH som er tilsatt. Har du tid, bør du gjenta forsøket. Hvis verdiene avviker mye, bør du gjøre et tredje forsøk. Du kan bruke gjennomsnittsverdien av volumene i beregningene dine. 5 Beregn konsentrasjonen av husholdningseddiken. Husk fortynningen som ble gjort i punkt, og at du i punkt bare brukte en firedel av løsningen. I dette forsøket har du bestemt den molare konsentrasjonen av husholdningseddiken. Hvordan stemte resultatet ditt med den oppgitte konsentrasjonen av husholdningseddiken? Byrette 19 Galt 19,78 Riktig 0 Galt Avlesing av menisk

60 Syrer og baser 61 Du trenger: HCl(aq) (ca. 0,1 mol/l) CH COOH (aq) (ca. 0,1 mol/l) NaOH(aq) med nøyaktig konsentrasjon (0,100 mol/l) Fenolftaleinløsning (valgfritt) Buffere, ph =,00 og ph = 7,00, til kalibrering av ph-meter ph-sensor og datalogger (eller ph-meter og milli meterpapir) Begerglass, 50 ml (flere) Stativ med festeklemme til byrette Byrette, 50 ml Peleusballong Pipette, 50,0 ml Spruteflaske med destillert vann Magnetrører Vernebriller Standardløsning NaOH E Titrerkurver titrering av sterk og svak syre med sterk base Her skal du måle og registrere ph etter hvert som du titrerer. Til det kan du også bruke en ph-sensor koblet til en datalogger. Du skal titrere en sterk og en svak enprotisk syre med en sterk base, NaOH. Titrekurvene skal brukes til å bestemme ekvivalenspunktet og konsentrasjonene av de to syrene. Du skal også sammenlikne de to titrerkurvene og bruke dem til å begrunne valg av indikator ved en tilsvarende syre-basetitrering. 1 Still inn ph-meteret eller kalibrer ph-sensoren mot buffere med kjente ph-verdier. Hell standardløsningen av NaOH (aq) i byretten. Med en pipette overfører du 50,0 ml saltsyreløsning til et begerglass. Plasser begeret på en magnetrører og fest ph-elektroden i løsningen som vist på figuren. Pass på at magneten ikke kommer borti ph-elektroden. Mål ph i løsningen før du begynner titreringen. Tilsett små porsjoner av NaOH fra byretten og registrer ph etter hvert. Start med porsjoner på 1 ml og gå over til porsjoner på 5 ml etter hvert. Når du har tilsatt omtrent 0 5 ml, må du huske å fylle byretten med mer NaOH før volumet kommer utenfor måleskalaen. Nå nærmer du deg ekvivalenspunktet og går over til å tilsette mindre porsjoner (1 ml eller mindre) mellom hver måling. Når ph har økt dramatisk og du ser at ekvivalenspunktet er passert, går du over til å tilsette større porsjoner NaOH mellom hver måling. Fortsett til du har tilsatt totalt ca ml NaOH eller til ph er ca Bruker du en datalogger, må du huske å lagre målingen din før du gjør neste titrering. 6 Gjenta punktene 5, men bruk eddiksyre i stedet for saltsyre. 5,0 ml 5 % husholdningseddik fenolftalein ph-elektrode ph Bruk dataprogrammet som følger med loggeren, til å tegne de to titrerkurvene. Bruker du ikke datalogger, tegner du titrerkurvene på et millimeterpapir. Finn ekvivalenspunktet og les av det tilsatte volumet NaOH på hver av kurvene. Regn ut konsentrasjonen av hver av de to syrene du titrerte. Les også av ph-verdien ved ekvivalenspunktet på de to kurvene. Sammenlikn titrerkurvene og forklar eventuelle forskjeller. Finn ut hvilke indikatorer du kunne ha brukt i de to ulike titreringene. Utvidelse av oppgaven: Beregn ph ved ekvivalenspunktet i titreringen av eddiksyre med NaOH. Sammenlikn den beregnede verdien med det du har lest ut av titrerkurven. ph-meter

61 6 Forsøk Du trenger: 0,1 mol/l BaCl eller Ba(NO ) ph-papir, indikatorløsning (for eksempel BTB eller rødkålløsning), ph-meter Åtte nummererte ukjente løsninger, alle med konsentrasjon 0,1 mol/l Svovelsyre (H SO ) Saltsyre (HCl) Eddiksyre (CH COOH ) Natronlut (NaOH) Natriumklorid (NaCl) Ammoniakk (NH ) Natriumsulfat (Na SO ) Kobbersulfat (CuSO ) Reaksjonsbrett eller mikroplate Dråpetellere Vernebriller F Hvilken løsning er hva? Her skal du bruke kjemikunnskapene dine til å finne ut hvilken som er hvem av åtte ukjente løsninger. Lag en plan for hvordan du vil gå fram. Presenter gjerne planen din for læreren før du setter i gang. Noter hva du gjør og hva du observerer. I rapporten din gjør du rede for framgangsmåten og forklarer hvordan du fant ut hvilke løsninger som var i hvert av de åtte begerglassene.

62 Fasit 6 FASIT.1 Syre-basereaksjoner.1 a En syre er et stoff som kan avgi H -ioner. En syre gir sur løsning i vann. b 1 Syre Sur løsning Syre Syre 5 Sur løsning. a HBr H O Br H O b HNO H O NO H O. a CH COOH b HCO c HNO d HSO. a [ HO ] = [ Cl ] = 0,10 mol/l b [ HO ] = [ I ] = 0,5 mol/l c [ HO ] = [ NO ] = 0,010 mol/l d [ HO ] = 0,50 mol/l, [ SO ] = 0,5 mol/l.5 a HCN H O CN H O = CN H O K [ ] [ ] a [HCN] b HNO H O NO H O = NO H O K [ ] [ ] a [ HNO ] c HCO HO HCO HO = HCO H O [ ] [ ] K a1 [ HCO ] HCO H O CO H O = CO H O [ ] [ ] K a [HCO ].6 - [H O ] [F ] a K a = [HF] [ K a = HO ] [ NH ] [ NH ] [ HO ] [ SO ] K a = [ HSO ] b HSO er sterkest og NH svakest (størst og minst K a )..8 a 1,0 10 mol/l b,0 10 mol/l.9 a [ Na ] = [ OH ] = 1,0 mol/l b [ Ba ] = 0,010 mol/l, [ OH ] = 0,00 mol/l c [ Al ] = 0,5 mol/l, [ Cl ] = 0,75 mol/l.10 a K b = HCN OH [ ] [ ] [ NH ] [ OH ] b K b = [ CN ] [ NH ] [ CH COOH] [ OH ] c K b = [ CH COO ].11 a HCO HO HCOOH [ HCO ] [ OH ] b K b = [ HCO ] c Mot venstre.1 a HCOOH H O HCOO H O b HCOO.1 a Sterk syre: HNO, svake syrer: CH COOH og NH, sterk base: O, svake baser: NH og SO b CH COOH / CH COO eddiksyre/acetationet HNO / NO salpetersyre/nitrationet NH / NH ammoniumionet/ammoniakk SO / HSO sulfationet/hydrogensulfationet O / OH oksdionet/hydroksidionet.1 a NH / NH og HO/ HO b CH COOH / CH COO og HO/ HO c NH /NH og HO OH.15 a Alle er baser. / b Alle er syrer..16 HPO H O PO H O (som syre) HPO H O H PO OH (som base).7 a Protolysegrad 0, % b Protolysegrad 0,95 % Protolysegraden stiger når syras konsentrasjon minker.

63 6 Fasit.17 [ ClO ] [ H O ] a K a = [ HClO] b 0,001 % c Likevekten HClOH O ClO H O forskyves mot høyre. Det blir mer ClO og mindre HClO, og den desinfiserende effekten avtar..18 a Basisk b Sur c Nøytral d Sur e Sur.19 E, B, D, A, C.0 Det vil være en svært liten mengde hydroksidioner i 15 løsningen (17, 10 mol/l ).. ph.1 a,0 b 1,5 c 0,9 d,9. 5 a 1,0 10 mol/l b 1,0 10 mol/l c 1,0 10 mol/l Konsentrasjonen av løsningen i oppgave c er 100 ganger så stor som konsentrasjonen av løsningen i oppgave a.. a A/B = 6, b,7. a [ HO ] = [ Cl ] = 0,015 mol/l, ph = 1,8 6 b [H O ] = [CN ] = 1,6 10 mol/l, ph = 5,8 c [H O ] = [NO ] = 8, 10 mol/l, ph =,0 d [H O ] = [ F ] =,5 10 mol/l, ph =, e [H O ] = [NO ] = 0,050 mol/l, ph = 1,.5 C har den høyeste syrekonstanten..6 B, D og E.7 a Svak syre med syrekonstant K a = 1,5 10 mol/l b, c ph synker fordi [ HO ] blir lavere..8 [ HO ] =,0 10 mol/l, protolysegrad,6 %.9 a [H O ] = [CH COO ] =000, 6 mol/l, [CH COOH] = 0, 19 mol/l b,1 10 mol/l.0 ph = 1,5, protolysegrad,5 %.1 a 11,9 b 10,0 c 9, d 10,0. a 7,0 b 1,5 c 1, d 10,. A. a 7, 10 mol/l, 0, %, 11,9 b, 10 mol/l, 0,8 %, 11, c 7, 10 mol/l,, %, 10,9 Når konsentrasjonen avtar, øker protolysegraden og ph øker..5 a 1,7 b 11,0 c 11,5.6 a 5,6 10 c 1, mol / L mol / L b 6, mol / L.7 a Svak syre b HBO 5 c HBO HO HBO OH d 1,7 10 mol / L.8 Måling av ph. Glasset med høyest ph må være Ba(OH) (sterk base). 1 mol gir mol OH, mens 1 mol NaOH gir 1 mol OH. ph må være lavest i NH, som er en svak base (bare delvis protolysert)..9 B, A, E, F, C, D.0 Eddiksyre.1 a 1,6 b Mari har rett. Om konsentrasjonen av hydroksidioner skulle bli den samme måtte stoffmengden Ca(OH) være halvparten så stor som stoffmengden til KOH. Men kaliumhydroksid og kalsiumhydroksid har ikke samme molare masse. Halvparten så stor masse Ca(OH) som KOH gir derfor ikke samme stoffmengde OH -ioner. Et annet argument er at Ca(OH) er et tungt løselig salt i vann, og fordi ikke alt vil løse seg, vil det ikke bli samme ph i løsningen selv om de hadde veid opp halvparten så mange mol.. ph =,

64 Fasit 65. Salter og gasser i vann. a Nøytral, kaliumnitrat b Nøytral, natriumklorid c Basisk, kaliumacetat d Basisk, magnesiumkarbonat e Sur, kaliumhydrogensulfat f Sur, ammoniumnitrat g Basisk, kaliumcyanid h Basisk, kalsiumacetat i Sur, litiumdihydrogenfosfat. Natriumionet protolyserer ikke. Hydrogenkarbonat kan reagere både som en syre og som en base, men løsningen blir basisk fordi K b > K a..5 a Nøytral (K a og K b for de to ionene er like store.) b Basisk (K b for karbonationet er større enn K a for ammoniumionet.).6 a 11, b 8, c 9,0 d,8 e 8,5 f 9,7.7 a CO H O H CO, sur løsning b SO H O H SO, sur løsning c MgO H O Mg OH, basisk løsning.8 SO, NO og CO.9 a Løseligheten er større i sur løsning enn i vann. Mg(OH) Mg OH Hydroksidioner nøytraliseres av syra, og løselighetslikevekten forskyves mot høyre. b Løseligheten er større i sur løsning enn i vann. Karbonationer reagerer med H -ioner og danner vann og karbondioksid, og likevekten Ag CO Ag CO forskyves mot høyre. c Ingen forskjell.50 Svoveltrioksid i vann gir svovelsyre (sterk syre), mens svoveldioksid gir svovelsyrling (svak syre)..51 ph-målinger. Natriumhydrogensulfat vil ha lavest ph. Ammoniumnitrat vil være sur. Kaliumklorid er nøytral. De to siste løsningene vil være basiske, og den med den største basekonstanten (cyanidionet) vil ha høyest ph.. Syre-basetitrering.5 a Nøytral b Sur c Basisk.5 a 1,7 b 0,6 c 7,0.5 a Basisk. HCN er en svak syre, og CN-ionet er den korresponderende basen til den svake syra. Etter nøytraliseringen vil det være litiumioner og cyanid ioner i løsningen, og cyanidionene vil protolysere og lage en basisk løsning. b Nøytral. (Etter nøytraliseringen er det acetationer og ammoniumioner i løsningen. K a og K b for de to ionene er like store.).55 0,18 mol/l.56 a ph = 1,0 b 0,10 mol/l c 0,1 mol/l (Leser av grafen at det er tilsatt 1 ml base ved endepunktet for titreringen.) d Metylrødt. Omslag i ph-området 6 (på hver side av ph ved ekvivalenspunktet). e NH (ph ved ekvivalenspunktet ligger under 7.).57 a 0,081 mol/l b 8,7.58 a 1,0 mol/l b ph =,0 og ph = 8,6 c Fenolftalein (lett å se fargeomslag, som også ligger i den «loddrette» delen av titrerkurven) d Større forbruk av NaOH gir høyere utregnet konsentrasjon av eddiken..59 a 0,078 mol/l b 5, c Metylrødt, lakmus.60 d Metylrødt eller bromkresolgrønt e 11,1 f 9, g [ NH ] = [Cl ] = 0,050 mol/l. ( [ NH ] protolyserer og lager en litt sur løsning.) h 5, j 1,6 k Vil nærme seg ph-verdien i saltsyra, som har ph = 1.

65 66 Fasit.61 a Vendepunktet for kurven (ph ved ekvivalenspunkt) har ph-verdi 7 (sterk syre-sterk base). b Vendepunktet for kurven (ph ved ekvivalenspunkt) har ph-verdi > 7 (svak syre-sterk base). c Vendepunktet for kurven (ph ved ekvivalenspunkt) har ph-verdi < 7 (sterk syre-svak base). Passende indikatorer: se tabell over omslagsintervaller til indikatorer..6 1, b og e %