Basiskennis chemie 2/Zuren
Zuur
Voorbeelden
- Azijn
- Het meest bekende zuur is waarschijnlijk azijn. In de keuken wordt azijn op allerlei manieren toegepast bij de voedselbereiding. Azijn wordt onder verschillende namen in de handel gebracht, zoals tafelazijn, wijnazijn of sherry-azijn. Voor de chemicus bevatten al deze producten azijnzuur, .[1] De verschillen zijn afhankelijk van de bron waaruit de azijn gemaakt wordt.
- Veel natuurlijke azijnsoorten hebben een gelige of bruinige kleur, afkomstig van de wijn, sherry of cider waaruit ze zijn gemaakt.
- Daarnaast is er ook schoonmaakazijn, een synthetisch gemaakte azijn die wordt gebruikt als schoonmaakmiddel. Deze azijnsoort is doorgaans kleurloos.
- Een van de belangrijkste kenmerken van azijnzuur is zijn geur.
- Citroenzuur
- Een in sommige landen populaire smaakmaker. Het voordeel van dit zuur boven azijnzuur is het feit dat de stof zelf geen geur heeft. Als zuivere stof is citroenzuur ( ) niet giftig, maar smaakt het wel ontzettend zuur.
- Accuzuur
- Een zeker niet voor consumptie geschikt zuur is accuzuur, in de chemie bekend als zwavelzuur, . In de concentratie waarin het aanwezig is in loodaccu's is het zo hygroscopisch dat het zelfs vocht uit levende cellen trekt.
- Koolzuur
- Bij de bespreking van de titratie van natronloog hebben we kennisgemaakt met koolzuur dat gevormd kan worden uit koolstofdioxide dat als gas in de lucht voorkomt.
Wat maakt zuur?
Aan het eind van de 18e eeuw was de chemie zover gevorderd dat de eerste algemene regels opgesteld konden worden. Een van de ervaringsfeiten was, en is nog steeds, dat als je een stroom door een zure oplossing stuurt, er bijna altijd zuurstof (!) gevormd wordt. We noemen dit element in het Nederlands niet voor niets zo.
Het vermoeden was dan ook dat zuurstof het karakteristieke bestanddeel van alle zuren was.
Na een uitgebreide zoektocht naar de zuurstof in zoutzuur ( !) werd duidelijk dat niet zuurstof de verbindende factor in zuren was, maar de mogelijkheid om -ionen af te geven.
Daarnaast werd ook duidelijk dat deeltjes die slechts één H+-ion van elkaar verschilden via een zuur-base-reactie aan elkaar gekoppeld waren:
Een deeltje dat één H+-ion meer heeft dan een zuur is de geconjugeerde base van het zuur.
Sterke en zwakke zuren
Het is niet slim om in een laboratorium te proeven hoe sterk een zuur is. Veel zuren zijn in zuivere vorm zo sterk dat je er blijvende verwondingen aan overhoudt als je zou gaan proeven!
De zuurgraad van een oplossing is duidelijk afhankelijk van de concentratie van de stof die de -ionen kan afstaan. Maar er is nog iets anders.Voorbeelden van sterke zuren zijn:
96% zwavelzuur, het ziet er uit als water, maar ....
Voorbeelden van zwakke zuren zijn:
gevaarsymbolen van Trifluorazijnzuur
Hoe zuur?
![{\displaystyle {\ce {[H+]}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2f6781ee107d64f14c7da0bb7d25c3a8e3c4235f)
![{\displaystyle {\ce {[H+]\ =\ ?}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/87cf064f7ecdc39f5b1d0be3e88c2d75e9be57b6)
Met tafelazijn blijkt dat je tong een heel gevoelig meetinstrument is om zuur vast te stellen. Zelfs een concentratie van 1.10-6 mol.L-1 (=0.000001 mol.L-1)kun je al proeven. Echt zuur wordt het pas als [H+] groter wordt dan 1.10-4 (=0.0001 mol.L-1). In het laboratorium heb je inmiddels zoutzuur met [H+] = 0.1 mol.L-1 gebruikt.
Aan deze getallen zie je dat de concentratie van waterstofionen over een heel groot bereik belangrijk is. Deze concentraties op de gewone manier uitschrijven, met voorloopnullen, is vragen om vergissingen. Overschakelen op wetenschappelijke notatie lost een deel van het probleem op. Wat dan blijft is dat het belangrijkste cijfer, de exponent, heel klein en als allerlaatste genoemd wordt.pH
![{\displaystyle pH\ =\ -\,log([H^{+}])}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bfae8779afdc023ca10b6dce1209b581721eef32)
![{\displaystyle pH\ =\ -log([H^{+}]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f369be1c32a34a89407c6419fb0df9ee059d0a0e)
![{\displaystyle [H^{+}]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/92a39e055b2aeeb66152908dc9af7b721759d53e)
![{\displaystyle [H^{+}]\ =\ 2.34\,10^{-4}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/db07b01853dab0909fa5f53f41c1f4010e223598)
In onderstaand schema is elk blokje een toets op je rekenmachine.
| (-) | [2] | log | 2 | . | 3 | 4 | exp | (-) | [2] | 4 | = | ||||||||
| de concentratie H+ of | |||||||||||||||||||
![{\displaystyle {\ce {[H^+]}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c58583425e7f2d59673737cb12c91d2f069b5e73)
Uiteraard moet je de berekening ook andersom kunnen maken: je weet de pH, en wilt uitrekenen. Met het antwoord van het vorige voorbeeld als gegeven pH wordt de procedure op je rekenmachine:
| shift | [3] | log | (-) | 3 | . | 6 | 3 | = | |||||||
| de pH | |||||||||||||||
Indicatoren
Zoals al gezegd zijn veel zure oplossingen veel te zuur of schadelijk om met je mond vast te stellen hoe zuur de oplossing is. Om dit probleem op te lossen wordt in de chemie gebruikt gemaakt van indicatoren. Een indicator is een zwak zuur dat met een H+-ion een andere kleur heeft dan zonder dat ion. Een in de keuken bekend voorbeeld is rode kool: in een zure omgeving is de kleur rood, in een minder zure omgeving is de kleur meer blauw-groen. Een andere, uit mos verkregen stof, is lakmoes. In een zure omgeving is de stof rood, in een basische omgeving blauw. Ook de bij titraties gebruikte fenolftaleïne en methylrood horen bij deze groep.
De precieze concentratie zuur waarbij de stof van kleur veranderd is afhankelijk van de stof. Door een oplossing eerst met methylrood en dan met fenolftaleïne te testen kun je dan de conclusie trekken: methylrood geeft een gele kleur dus de pH is groter dan 5.4, maar fenolftaleïne blijft kleurloos, dus de pH is lager dan 8.5!
- ↑ Structuurformules zijn nog niet aan de orde geweest, dus hier al ingaan op notaties als is niet zinvol.
- ↑ 2,0 2,1 Sommige rekenmachines hebben deze toets niet. Vaak kun je hier dan het gewone minteken gebruiken.
- ↑ Op sommige rekenmachines heet deze toets "Inv" (voor "Inverse", "Omgekeerd") of "2nd" (voor "second", "tweede").
