Indhold
- Kan definitionen på en syre og en base.
- Kan redegøre for begrebet amfolyt.
- Kan redegøre for korresponderende syre-basepar.
- Kan redegøre for pH begrebet og [H3O+] og [OH-] betydning.
- Kan beregne pH
- Kan redegøre for vands ionprodukt.
Syrer og baser har alle hørt om på et tidspunkt i deres hverdag. Det kan være, når saltsyre anvendes til at afkalke en elkedel eller i Masterchef når kokkene udtaler, "der mangler syre". For hvad er en syre og en base egentlig. Det skal vi kigge nærmere på i dette afsnit.
Syrer og baser kan henholdsvis afgive eller optage en hydron. En hydron er en hydrogenion, H+. Det vil sige et hydrogatom, der har afgivet en elektron. Tilbage er kun en proton. En hydron er faktisk kun en proton. I syre-base kemien sker en hydronoverførdsel fra en syre til en base. Der afgives en proton fra syren til basen, en syre afgiver en hydron mens en base optager en hydron.
Figur 1. Hydrogen bliver til en hydron ved at afgive en elektron. Elektronen afgives til syren, som bliver negativ
En syre er et atom eller molekyle, der kan afgive en hydron.
Vand kan reagere med sig selv og kaldes derfor en amfolyt. En amfolyt er et molekyle der både kan reagere som en syre og en base. Når vand reagerer med vand vil det ene vandmolekyle reagere som en syre, mens det anden vandmolekyle vil reagere som en base.
H2O (l) + H2O (l) → OH- (aq) + H3O+ (aq) + OH- (aq)
Figur 2. Vand er en amfolyt og to vandmolekyler kan reagere.
Figur 3. Vand afgiver en hydron til vand. Normalt anvendes skrivemåden OH- for hydroxid.
Eddikesyre kan afgive en hydron til vand. Eddikesyren bliver omdannet til den korresponderende base.
CH3COOH (aq) + H2O (l) → CH3COO- (aq) + H3O+ (aq)
Figur 4. Reaktionsskema der viser eddikesyre afgiver en hydron til vand.
Figur 5. Eddikesyre afgiver en hydron til vand. Vand optræder som en base og optager en hydron.
En base er et atom eller molekyle, der kan optage en hydron.
Ammonika kan optage en hydron fra vand. Ammoniak bliver omdannet til ammonium.
NH3 (aq) + H2O (l) → NH4+ (aq) + OH- (aq)
Figur 6. Reaktionsskema der viser ammoniak optager en hydron fra vand.
Figur 7. Ammoniak optager en hydron fra vand. Vand optræder som en syre og afgiver en hydron.
Syrer og baser eksisterer kun i vandige opløsninger. En syre eller base er opløst i vand, og vil have en bestem koncentration. F.eks kan der stå på flasken at eddikesyren har en koncentration på 0,1 M. M er en forkortelse for molære og betyder mol/L.
Simulationen herunder kan vise forskellige koncentrationer. Aktiver vinduet og tryk SPACE. Indtast en koncentration på 0.1 M og efterfølgende på 1 M. Hvad er forskellen?
Figur 8. Simulationen viser forskellige koncentrationer af et stof opløst i vand. Tryk SPACE for at indtaste en koncentration.
Et korresponderende syre-base par opstår, når en syre eller base har afgivet eller optaget en hydron. Når en syre afgiver en hydron dannes den korresponderende base, og når en base optager en hydron dannes den korresponderende syre.
Når eddikesyre reagerer med vand dannes den korresponderende base og syre:
CH3COOH (syre) + H2O (base) ⇋ CH3COO- (base) + H3O+ (syre)
Det bliver til en korresponderende syre eller base, da acetationen nu kan optage en hydron fra oxonium. Den modsatte reaktion:
CH3COO- (base) + H3O+ (syre) ⇋ CH3COOH (syre) + H2O (base)
Figur 10. Den modsatte reaktion kan forløbe. Acetationen reagerer nu med oxonium og danner eddikesyre og vand.
HCl (syre) + H2O (base) → Cl- (base) + H3O+ (syre)
Figur 11. Korresponderende syre basepar for saltsyre og vand. Den korresponderende base Cl- og korresponderende syre H3O+.
En syres korresponderende base er altså den base, der dannes, når syren har afgivet en hydron, og en bases korresponderende syre er altså den syre, der dannes, når basen har optaget en hydron.
pH angiver en opløsnings surhedsgrad. pH skalaen går fra 0-14. Fra 0-7 er opløsningen sur og fra 7-14 er opløsningen basisk. Er pH = 7 vil opløsningen være neutral. Det er antallet af oxoniumioner (H3O+) og hydroxid (OH-) der bestemmer pH-værdien. Bemærk at firkantet parenteser betyder koncentration.
[H3O+] > [OH-] → pH < 7
[H3O+] = [OH-] → pH = 7
[H3O+] < [OH-]→ pH > 7
Figur 12. pH-værdien afhænger af koncentrationen af oxoniumioner og hydroxid.
Figur 13. Ved sur opløsning er der overskud af oxoniumioner. Neutral har lige mange oxoniumioner og hydroxid. I basiske opløsning er der overskud af hydroxid. Vand er ikke med på figur. Alle syrer og baser vil være opløst i vand. Vand er udeladt for overskuelighedens skyld.
En opløsnings pH værdi er defineret ved minus titalslogaritmen til koncentrationen af oxoniumioner i opløsningen. Det betyder, at hver gang pH ændres med en vil koncentrationen af oxoniumioner ændres med en faktor 10. pH = -log [H3O+]. Fordelingen af oxoniumioner i forhold til pH fordeler sig som i tabel 1. Eksempel på beregning: pH = - log (10-3) = 3.
Tabel 1. Forhold mellem pH-værdi koncentration af oxoniumioner og hydroxider.
| pH | 1 | 3 | 5 | 7 | 9 | 12 | 14 |
| [H3O+] | 1 | 10-3 | 10-5 | 10-7 | 10-9 | 10-12 | 10-14 |
| [OH-] | 10-14 | 10-10 | 10-9 | 10-7 | 10-5 | 10-2 | 1 |
| Skala | sur | sur | sur | neutral | basisk | basisk | basisk |
Vand er en amfolyt og i rent vand vil koncentrationen af [H3O+] og [OH-] være 10-7 M. Forholdet mellem dem kaldes vands ionprodukt og er vist i figur 14.
[H3O+] · [OH-] = 10-14 M2.
10-7 M·10-7 M = 10-14 M2.
Figur 14. Vands ionprodukt er koncentrationen af oxoniumionen gange koncentrationen af hydroxid i rent vand.
En syres eller bases styrke afhænger af styrken. Hvis syren eller basen er stærk vil reaktionen forløbe fuldstændig. I afsnittet korresponderende syrer og baser angives en reaktion med en enkelt pil, →, eller en dobbelt harpun, ⇋ . Hvis der anvendes en enkelt pil er det en stærk syre eller base og reaktionen sker fuldstændig. Hvis der anvendes en dobbelt harpun løber reaktionen ikke til ende. Det betyder, at der stadig vil være reaktanter, der ikke har reageret og er derfor ikke blevet omdannet til produkter.
CH3COOH (syre) + H2O (base) ⇋ CH3COO- (base) + H3O+ (syre)
Figur 15. Reaktionsskemaer med enkelt pil og dobbelt harpun.
En syres eller bases styrke kan bestemmes ud fra pKs værdien for en syre og pKb værdi for baser. pKs og pKb værdien aflæses i en tabel. Ud fra værdien kan det bestemmes om syren eller basen er stærk eller svag. En syrer eller base kan også være middelstærk. Se tabel 2 for udvalgte pKs og pKb værdier.
0 < pKb < 10 → ikke stærk base
Figur 16. pKs og pKb og styrkeforhold.
Tabel 2. Udvalgte værdier for syrer og baser.
| Styrke | Syre | Ks (mol/L) | pKs | Base | Kb (mol/L) | pKb | Styrke |
| Stærk | HCl | 107 | -7 | Cl- | 10-21 | 21 | Meget svag |
| Stærk | H2SO4 | 103 | -3 | HSO4- | 10-17 | 17 | Meget svag |
| Middelstærk | H3PO4 | 7,59·10-3 | 2,12 | H2PO4- | 1,32·10-12 | 11,88 | Meget svag |
| Middelstærk | HF | 6,76·10-4 | 3,17 | F- | 1,48·10-11 | 10,83 | Meget svag |
| Svag | CH3COOH | 1,74·10-5 | 4,76 | CH3COO- | 5,75·10-5 | 9,24 | Svag |
| Svag | NH4+ | 5,62·10-10 | 9,25 | NH3 | 1,78·10-5 | 4,75 | Svag |
| Meget svag | HS- | 1,26·10-13 | 12,90 | S2- | 7,94·10-2 | 1,10 | Middelstærk |
Ved beregning af pH skal der benyttes lidt forskellige regnemetoder. På kemi C er det ikke nødvendigt at vide hvorfor, men metoden til at finde og beregne pH er godt at kende. Når pH skal beregnes finde pKs eller pKb værdien. Derefter følges vejledningen og værdier indsættes i felterne. Tryk på link for beregning af pH for syrer. Tryk på link for beregning af pH for baser.
pH værdien bestemmes ved: pH = - log [H3O+]
Hvis pH er kendt kan oxoniumionkoncentrationen bestemmes ved: [H3O+] = 10-pH.
Vejledning til beregning af pH
- Find pKs
- Stærk eller ikke stærk syre
- Hvis stærk. indtast koncentration af syren.
- Hvis ikke stærk. Indtast Ks fra tabel 2
- Indtast koncentration af syren
- Tryk beregn H3O+
- Positiv værdi vælges og overføres til feltet pH
- Tryk beregn pH
- Samme fremgangsmåde for baser.
Figur 17. Program til beregning af pH for syrer. Følg vejledningen.