Naturfag 1 og 2 2007 - 2008 Syrer og baser

Syrer og baser Læreplanmål i LK06? 10. trinn Fenomener og stoffer: ”Gjennomføre forsøk for å klassifisere sure og basiske stoffer” (PS Det menes antakelig ”klassifisere stoffer som sure eller basiske… PPS: Et annet ord for ”basisk” i kjemisk sammenheng er alkalisk) Praktiske utfordringer med å jobbe med syrer og baser i en skoleklasse? Info om sikkerhet og helsefarer med kjemikalier m m på http://www.shdir.no/giftinfo/om_giftinformasjonen/

Ad ”klassifisere stoffer som sure eller basiske” Er følgende stoffer fra dagliglivet sure, basiske eller pH-nøytrale? Cola, melk, sitronsaft, appelsinjuice? Egg, tomatpure, bakepulver, eddik? Kaffe, opphakket chili, hvitløk? Flytende grønnsåpe, hårshampoo, salmiakk, Klorin? Magesyre, blod? Hvordan avgjør vi om noe er surt/basisk? Hva er pH? Og hva betyr egentlig surt/basisk?

Kjennetegn ved syrer Smaker surt (PS bør vi smake på stoffer i laboratoriet?) Gir fargereaksjon med f eks lakmus, BTB m m (disse kalles derfor indikatorer) Løser opp metaller, med frigjøring av hydrogen (alle metaller, eller bare noen?) Løser opp en del andre stoffer pH-meter viser at pH er lavere enn 7

Syrer: Noen eksempler Sterke syrer: Saltsyre, svovelsyre, salpetersyre Svake syrer: Eddik, kullsyre, sitronsyre, fosforsyre, svovelsyrling; alle organiske syrer (karboksylsyrer osv). Faktisk er nesten alle syrer (relativt) svake

Kjennetegn ved baser Smaker bittert (men vi bør helst ikke prøvesmake laboratoriereagenser) Virker etsende på mange stoffer Kjennes glatt hvis man får det på fingrene (men se opp for etsing!) Gir fargereaksjon med (noen) indikatorer (lakmus, BTB m m) pH-meter viser over 7

Baser: Noen eksempler Sterke baser: Natronlut, kalilut,.. Svake baser: Ammoniakk, gammeldags grønnsåpe; organiske baser (aminer, alkaloider,…) Faktisk er nesten alle baser (relativt) svake

Definisjoner på syre og base Definisjonen har endret seg litt med årene: Til ”vanlig bruk” er definisjonen til Arrhenius (1884) ofte generell nok: Syrer er stoffer som danner H+ (egentlig H3O+) når de løses i vann, mens baser er stoffer som danner OH- når de løses i vann. I noen sammenhenger trenges en svært generell definisjon (Lewis). Denne er noe vanskeligere, og den sees sjelden i skolen..

Brønsted-Lowrys definisjon: Syre Syre: Stoff (molekyl) som kan avgi H+. F eks saltsyre og eddiksyre HCl -> H+ + Cl- CH3COOH -> CH3COO- + H+ PS Når vi vil skrive generelt om syrer og gjøre generelle vurderinger, skriver man ofte HA for syren i reaksjonslikninger, likevektsuttrykk osv (A for ”Acid”). F eks HA(aq) + H2O(l) ⇌ H3O+(aq) + A−(aq)         Definisjon av pH i en løsning: pH = -log[H3O+] (PS Se læreboka s. 65 – 67 for definisjon av molarkonsentrasjon)

Brønsted-Lowrys definisjon: Base Base: Stoff (molekyl) som kan ta opp H+. F eks NH3 + H+ -> NH4+ OH− + HCOOH -> H2O + HCOO-     PS Vi skriver innimellom B (for base) i teoretiske utgreiinger hvor vi ønsker å skrive om baser generelt – f eks B + H+ -> BH+ Amfolytt: Stoff som både kan ta opp og avgi H+. F eks vann: H2O + HCl -> H3O+ + Cl- Vann kan reagere med syre, og opptrer da som base H2O + NH3 -> OH- + NH4+ Vann kan reagere med base, og opptrer da som syre

Baser Sterke baser: Alkali- og jordalkalimetallene reagerer med vann og danner sterke baser (hydroksyder). PS Forklaring av begrepene alkalisk, basisk, pottaske, potassium osv på http://www.kjemi.uio.no/14_skole/evu_kurs/kjm0100v/kjemi_kjm0100v/kjemi_7a_syrer_og_baser.html Video av reaksjon av alkalimetallene med vann på http://www.youtube.com/watch?v=Ft4E1eCUItI http://www.xenvideo.com/2006/09/30/brainiac-alkali-metal-reaction-with-water/

Syrer reagerer med baser NB! Syrer og baser reagerer med hverandre slik at begge nøytraliseres! F eks HCl + NaOH -> NaCl + H2O (saltsyre + natronlut blir bordsalt) HCl + NH3 -> NH4Cl (saltsyre + ammoniakk blir pastill-salmiakk, E510) http://www.nidar.no/eway/default.aspx?pid=271&trg=Page_5665&Page_5665=5661:0:10,1813:1:0:0:::0:0 http://en.wikipedia.org/wiki/Ammonium_chloride

Syrekonstanten De fleste syrer er svake – dvs det er bare en liten del av syremolekylene som spaltes opp og avgir H+. Dette betyr at vi har en likevektsreaksjon som er forskjøvet mot venstre (dvs vi får lite H3O+ i løsningen i forhold til mengden syre - kalt HA i likningen under) HA(aq) + H2O(l) ⇌ H3O+(aq) + A−(aq)         Siden dette er en reversibel likevektsreaksjon, har reaksjonen en likevektskonstant. Fordi vi stort sett vil befinne oss i situasjoner hvor det er mye mer vann enn syre, velger vi å forenkle ved å se bort fra konsent-rasjonen av vann. Vi definerer syrens syrekonstant (eller protolysekonstant) som

Syrekonstanten forts Jo lavere verdi Ka har, jo svakere er syren! Vi kan beregne pH i en løsning av en svak syre hvis vi kjenner konsentrasjonen av syren, og Ka Eksempler på syrekonstanter i læreboka s. 172

Basekonstanten Akkurat som for syrer er de fleste baser svake – dvs bare en liten del av basemolekylene tar opp H+ når de løses i vann. Dvs vi har en likevektsreaksjon som er forskjøvet mot venstre (vi får mao lite OH− i løsningen i forhold til mengden base. F eks ammoniakk: NH3(aq) + H2O(l) ⇌NH4+(aq) + OH−(aq)         Dette er helt analogt med det som gjelder svake syrer : Vi har en reversibel likevektsreaksjon, som har en likevektskonstant. Vi ser bort fra konsentrasjonen av vannet (som vi gjorde for syrer), og definerer basekonstanten eller protolysekonstanten for en base analogt med det vi gjorde for en syre. F eks ammoniakk:

Basekonstanten forts. Eks. ammoniakk: Jo lavere verdi Kb har, jo svakere er basen Vi kan beregne pH i en løsning av en svak base hvis vi kjenner konsentrasjonen av basen, og Kb Eksempler på basekonstanter i læreboka s. 173 (tabell G8-2)

Vannets autoprotolyse I nøytralt vann vil en ”mikroskopisk” andel av vannmolekylene reagere med hverandre og danne H3O+(aq) og OH-: 2H2O(l) ⇌ H3O+(aq) + OH-(aq) Dette er en likevektsreaksjon med en likevektskonstant. Likevekten er slik at [H3O+].[OH-] = 1,0*10-14 (tallet kalles vannets protolysekonstant. Tallet sier at ca 2 milliarddeler av vannmolekylene i nøytralt vann spaltes!)

Flerprotiske syrer Flerprotiske syrer kan spalte av flere protoner. Generell reaksjon for toprotisk: H2A(aq) + H2O(l) ⇌ H3O+(aq) + HA−(aq)       Ka1 HA−(aq) + H2O(l) ⇌ H3O+(aq) + A2−(aq)       Ka2 F eks svovelsyre H2SO4 og kullsyre H2CO3 (toprotiske) Fosforsyre og sitronsyre (treprotiske syrer) Eks kullsyre: K1 = 4,5 * 10-7 K2 = 4,7 * 10-11

Korresponderende base til en syre Eks: Eddiksyre er en svak syre som spaltes til acetat og H+. Acetat er faktisk en svak base! Kalles korresponderende base til eddiksyre Kullsyre er en toprotisk syre, som spaltes til hydrogenkarbonat og karbonat. Karbonat er en svak base. Og hydrogenkarbonat er både en svak syre og en svak base (dvs en amfolytt)

Korresponderende syre til en base Analogt: Ammoniakk (NH3) er en svak base som danner OH- og ammonium (NH4+) når stoffet løses i vann. Ammonium er en svak syre!

Buffer! Hvis vi blander en svak syre og dens korresponderende svake base i omtrent like store mengder, får vi en buffer! F eks eddiksyre blandet med natriumacetat F eks ammoniakk og ammoniumklorid Bufferen vil være bare svakt sur eller basisk Hvis vi har sterk syre i en buffer, vil syren nøytraliseres av den svake basen. Har vi sterk base i bufferen, vil basen nøytraliseres av den svake syren. I begge tilfelle vil pH bare endres lite! (inntil all den svake syren/basen i bufferen er ”oppbrukt”)