Theorie zuren en basen - Altena College, Sleeuwijk

Zuren en basen Samenvatting voor 5 atheneum.
Zuren zijn stoffen die H + af kunnen staan. In water komen daardoor altijd H3O +
ionen voor (oxomiumionen). De ionen die achterblijven na afsplitsen van
waterstofionen noemen we zuurrestionen. Veel van die ionen ken je al van naam.
Denk aan sulfaationen, nitraationen en oxalaationen van respectievelijk
zwavelzuur, salpeterzuur en oxaalzuur. Soms kunnen zure stoffen meerdere
waterstofionen afstaan. Zo zijn van fosforzuur de volgende ionen bekend:
H2PO4 - , HPO4 2- , PO4 3- , met de namen diwaterstoffosfaat, monowaterstoffosfaat
en fosfaat.
Organische moleculen die als zuren kunnen reageren zijn vooral carbonzuren en
hydroxy-groepen aan benzeenringen (vooruitlopend op hoofdstuk 12…, in tabel
49 zie je bijvoorbeeld benzenol bij de zwakke zuren staan. Andere alcoholen zijn
niet zuur.)
Het is handig om de formules van een aantal zuren te kennen. (zwavelzuur,
salpeterzuur, oxaalzuur = ethaandizuur, zoutzuur, fosforzuur.)
Notatie van zuren.
Zuren zijn onderverdeeld in sterke - en zwakke zuren.
Sterke zuren ioniseren volledig tijdens het oplossen. Er zijn alleen nog
zuurrestionen en oxoniumionen in de oplossing aanwezig en geen zure deeltjes
van de beginstof. De oplossing wordt daarom genoteerd als:
H3O + (aq) + Z - (aq), waarbij Z - een zuurrestion voorstelt, dat in de vergelijking
vaak geen rol speelt. (notatie sterk zuur)
Zwakke zuren ioniseren tijdens het oplossen slechts voor een deel. Welk deel
ioniseert hangt af van het soort zuur en ook van de molariteit. In tabel 49 neemt
de zuursterkte af naarmate je lager in de tabel kijkt. De zwakke zuren staan
onder H3O + .
De vergelijking voor ionisatie is een evenwichtsreactie:
HZ(aq) + H2O (l) H3O + (aq) + Z - (aq).
Omdat het evenwicht sterk links ligt, wordt een zwak zuur genoteerd als:
HZ(aq) (notatie zwak zuur)
Notatie van basen.
Theorie zuren en basen, 5 atheneum 1

De notatie van basen geeft vaak problemen, omdat er ook andere kennis om de
hoek komt kijken. Basische oplossingen in water hebben met elkaar gemeen dat
er altijd hydroxide-ionen aanwezig zijn. Net als bij zuren zijn basen onder te
verdelen in sterke - en zwakke basen.
Sterke Basen staan in tabel 49 onder OH - , ze zullen net als sterke zuren
volledig met water willen reageren.
B - (s) + H2O (l) ----> HB(aq) + OH - (aq)
In dat geval zal een sterke base genoteerd worden als:
HB(aq) + OH - (aq) (notatie sterke base) HB speelt in de vergelijking meestal
geen rol.
De vergelijkingen zijn vaak minder eenvoudig dan het lijkt. Zo zal vast
natriumoxide volledig met water reageren en natronloog geven (oxide is immers
een sterke base). Koperoxide lost daarentegen helemaal niet op en geeft dus ook
geen basische oplossing. De oplosbaarheidtabel moet daarbij hulp bieden.
Vb. Natriumethanolaat (=C2H5O - Na + (s)) laten oplossen:
C2H5O - Na + (s) + H2O (l) ----> C2H5OH (aq) + OH - (aq) + Na + (aq)
Vb. Natriumoxide in water brengen:
Na2O(s) + H2O (l) ---> 2 Na + (aq) + 2 OH - (aq)
Zwakke basen reageren net als zwakke zuren slechts voor een deel met water.
Er ontstaan ook hier evenwichten.
B - (aq) + H2O (l) HB (aq) + OH - (aq)
Net als bij sterke basen zul je vaak tabel 45 moeten raadplegen om te kijken of
de basen wel oplossen. Daarbij ontstaat nog het probleem dat slecht oplosbare
zouten best wel basische oplossingen kunnen geven, omdat via een
oplosbaarheidevenwicht toch opgeloste basedeeltjes kunnen ontstaan die met
water via een evenwicht hydroxide-ionen laten ontstaan. Omdat dat best
moeilijk is, zul je daar geen vragen over krijgen.....
De zwakke basen staan in tabel 49 boven OH - .
De zwakke basen noteer je als B - , dus met de formule zoals die ontstaat na
oplossen en niet na een eventuele reactie met water.
Theorie zuren en basen, 5 atheneum 2

Voorbeelden van basen met toestandsaanduiding nadat ze in water zijn gebracht:
calciumcarbonaat CaCO3(s) slecht oplosbaar zout.
natriumcarbonaat 2 Na + (aq) + CO3 2- (aq) goed oplosbaar zout.
Ammoniak NH3(aq) moleculair, goed oplosbaar
kaliumsulfide 2 K + (aq) + S 2- (aq) goed oplosbaar zout.
Zuur-Base reacties.
Bij zuur base reacties gaat het altijd over de overdracht van waterstofionen van
het zuur naar de base. Dat betekent dat het ioniseren van zuren en basen in
water ook al zuur-base reacties zijn. Bij zuur-base reacties zullen een zuur en
een base alleen reageren als er daardoor een zwakker zuur en base ontstaan (dit
noemt men geconjugeerde zuren en basen, geconjugeerd betekent: bij elkaar
behorend).
Zuur1 + base2 ---> geconjugeerde base1 + geconjugeerd zuur2
zuur1 en geconjugeerde base1 zijn een paar. Bijvoorbeeld: Als zuur1 azijnzuur
voorstelt, dan betekent dat dat tijdens de reactie een waterstofion door een
azijnzuurmolecuul wordt afgestaan. Na de reactie is dan nog een acetaation over,
maar dat is een deeltje dat wel weer een waterstofion zou kunnen opnemen. Het
acetaation staat niet voor niets in de basekolom van tabel 49.
Hoe maak je nu reactievergelijkingen? Dat hangt uiteraard af van de notatie van
de zuren en basen. Daarom zijn er een aantal categorieën te onderscheiden. In
de praktijk zie je die verschillen niet, als je de stoffen maar goed noteert!
Sterk zuur, sterke base.
Omdat sterke zuren oxoniumionen bevatten en sterke basen hydroxide-ionen,
zijn dat ook de deeltjes die met elkaar reageren. De reactie is volledig.
H3O + (aq) + OH - (aq) ---> 2 H2O(l)
Het maakt dus niet uit welk sterk zuur of welke sterke base je gebruikt (mits ze
oplossen).
Sterk zuur, zwakke base.
De base moet in dit geval genoteerd worden in de B - schrijfwijze. In de
reactievergelijking staan dus geen hydroxide-ionen. (Misschien besef je wel dat
in werkelijkheid altijd de reactie tussen H3O + en OH - optreedt, waarbij de
Theorie zuren en basen, 5 atheneum 3

deeltjes door evenwichtsverschuivingen snel worden aangevuld. Toch noteren we
de reacties zoals staat vermeld. De oorzaak daarvan ligt in pH-berekeningen die
voor zwakke zuren en - basen anders zijn dan voor sterke zuren en - basen.)
Voorbeelden:
zoutzuur met ammoniak H3O + (aq) + NH3(aq) ----> H2O (l) + NH4 + (aq)
zwavelzuur met natriumsulfide 2 H3O + (aq) + S 2- (aq) ---> 2 H2O(l) + H2S(aq)
Of H3O + (aq) + S 2- (aq) ---> H2O(l) + HS - (aq)
De verschillen worden aangegeven in de tekst! Er kan
tijdens reacties sprake zijn van bepaalde
molverhoudingen, die bepalen wat er uiteindelijk
gebeurt!!!
Zoutzuur met calciumcarbonaat 2 H3O + (aq) + CaCO3(s) ---> H2O(l) + CO2(g) +
Ca 2+ (aq)
Zwak zuur, sterke base.
Het zuur moet nu genoteerd worden in de HZ schrijfwijze, de base als OH - .
Voorbeelden:
azijn met natronloog CH3COOH(aq) + OH - (aq) ---> CH3COO - (aq)
+ H2O(l)
fosforzuur met kaliloog H3PO4 (aq) + OH - (aq) ---> H2PO4 - (aq) + H2O(l)
H3PO4 (aq) + 2 OH - (aq) ---> HPO4 2- (aq) + 2 H2O(l)
H3PO4 (aq) + 3 OH - (aq) ---> PO4 3- (aq) + 3 H2O(l)
Ook in dit geval kan sprake zijn van
molverhoudingen die in de tekst worden
aangegeven.
Zwak zuur, zwakke base.
Er ontstaan evenwichten die chemisch gezien meestal niet interessant zijn. Men
noteert de reactie alleen als het zuur hoger staat dan de base. (alleen in dat
geval is het zuur sterker dan het geconjugeerde zuur dat ontstaat)
voorbeeld: reactie tussen azijnzuur en ammoniak.
CH3COOH (aq) + NH3 (aq) CH3COO - (aq) + NH4 + (aq)
Problemen die kunnen ontstaan.
Molverhoudingen.
Theorie zuren en basen, 5 atheneum 4

Zoals bij de voorbeeldvergelijkingen al is aangegeven kan een reactie sterk
afhangen van de molverhouding waarin zuren en basen bij elkaar gevoegd worden.
Die molverhouding is dwingend voor de vergelijking. Als er bijvoorbeeld 0,5 mol
natriumhydroxide bij een oplossing die 0,25 mol fosforzuur bevat wordt gedaan,
kunnen er maar twee waterstofionen per fosforzuurmolecuul worden afgestaan.
Daarna zijn de hydroxide-ionen op.
Staat er over molverhoudingen niets in de tekst, dan is dat kennelijk niet van
belang. Meestal laat men de zuren en basen dan volledig met elkaar reageren.
Neerslagreacties.
Het is mogelijk dat na de zuur-base reacties uit de ontstane deeltjes nog
neerslagreacties kunnen ontstaan.
Voorbeeld: kalkwater en fosforzuuroplossing.
Eerst: H3PO4 (aq) + 3 OH - (aq) ---> 3 H2O (l) + PO4 3- (aq)
daarna: 3 Ca 2+ (aq) + 2 PO4 3- (aq) ---> Ca3(PO4)2 (s)
Het is verstandig om zo’n reactie in twee stappen te doen, anders ben je
verplicht om de juiste molverhoudingen te gebruiken, dat is vaak lastiger:
2 H3PO4 (aq) + 3 Ca 2+ (aq) + 6 OH - (aq) ---> 6 H2O (l) + Ca3(PO4)2 (s)
Slecht oplosbare basen.
Slecht oplosbare basen lossen op in zuren. Bij carbonaten ontstaat in dat geval
koolstofdioxide gas. Carbonaationen kunnen twee waterstofionen opnemen. Het
“koolzuur” dat daarbij ontstaat valt uit elkaar in water en koolstofdioxidegas.
Dat kun je meestal waarnemen. Ook bij sulfietzouten vindt een dergelijke
reactie plaats, daarbij ontstaat zwaveldioxide, dat je wel goed kunt ruiken, maar
meestal niet ziet bruisen.
Slecht oplosbare oxiden geven altijd water in zuren.
Voorbeeld: zinkoxide in azijn.
ZnO (s) + 2 CH3COOH (aq) ----> Zn 2+ (aq) + 2 CH3COO - (aq) + H2O(l)
Zelfs een overmaat zinkoxide zal geen hydroxide laten ontstaan, wel raakt dan
uiteraard de azijn op!
Theorie zuren en basen, 5 atheneum 5