Gebufferd papier. Module 5. In deze module maak je kennis met zuren en basen, hun eigenschappen en reac es. Voornaamste begrippen zijn: indicatoren

Transcriptie

1 Module 5 Gebufferd papier In deze module maak je kennis met zuren en basen, hun eigenschappen en reac es. Voornaamste begrippen zijn: indicatoren zuurgraad (ph) ph berekeningen zuurbase reac es 2014 H.J.C. Ubbels 1

2 Inhoudsopgave Par. Titel Blz. 5.1 Inktvraat! Wat maakt oplossingen zuur? Wat maakt oplossingen basisch? Het ontzuren van zure oplossingen De ph van zure oplossingen De ph van basische oplossingen Zuurgehalte bepalen Een buffer kan tegen een stootje! Gebufferd papier Proefwerkopgaven 20 Alle antwoorden en een samenva ng van deze module zijn te downloaden als WORD bestand vanaf: Daarnaast zijn er handige weblinks te vinden onder het tabblad Toolbox. 2

3 5.1 - Inktvraat! Wat is inktvraat? Vanaf de middeleeuwen tot in de twin gste eeuw werden documenten geschreven met galinkt. Dit was hoogst waarschijnlijk de meest gebruikte inkt in het Westen, gemakkelijk en goedkoop te bereiden en erg populair bij de kunstenaars of ar esten om met pen of penseel te tekenen. Er zijn veel documenten met galinkt: manuscripten, muzikale par tuur, brieven, geografische kaarten, officiële documenten. Galinkt is een mengsel van looistoffen, ijzervitriool, Arabische gom en water. Met de jd veroorzaakt de galinkt beschadiging van het papier. Dit wordt inktvraat genoemd. De geschreven le ers vallen le erlijk uit het papier en er komen gaten in de documenten op de plekken waar de inkt hee gezeten. 1. De chemische naam van ijzervitrool is ijzer(ii) sulfaatheptahydraat. Geef de formule. 2. Tot welke groep stoffen behoort ijzervitriool? 3. Galinkt werd gemaakt met water als oplosmiddel. Leg uit of ijzervitriool oplosbaar is in water. Waarvan wordt papier gemaakt? Sinds de 19e eeuw wordt veel papier van hout gemaakt, maar het grootste gedeelte van het papier (ongeveer 70%) wordt tegenwoordig van hergebruikt en ingezameld afvalpapier gemaakt. De bomen worden met een machine fijn gemalen tot een houtpap en daarna in een grote ketel gekookt. Dan ontstaat er na toevoeging van enkele chemicaliën een brij die alleen uit cellulose (zie BINAS tabel 67F3) bestaat. Deze wordt gebleekt, totdat er een wi e brij overblij. Hier worden balen van geperst, die later in de papierfabriek weer worden opgelost om papierbrij te maken voor verdere verwerking. Er is tegenwoordig maar weinig papier dat alleen uit cellulose bestaat. Aan papier worden tot 25% vulstoffen toegevoegd om bijvoorbeeld de beschrij aarheid te verbeteren en het papier gladder te maken. De veruit meest gebruikte vulstof is krijt. De chemische structuur van papier Papier is een duurzaam en toch kwetsbaar materiaal. Het kan honderden jaren meegaan, maar wordt gemakkelijk aangetast als het vervaardigt is uit slechte materialen of als het niet goed is behandeld, bewaard of ingelijst. Het basis ingrediënt van papier is zoals gezegd de cellulosevezel. Cellulose is een macromolecuul opgebouwd uit aan elkaar geknoopte glucoseringen. Cellulosemoleculen bestaan uit 3000 tot 5000 glucose eenheden. De cellulosemoleculen vormen microstructuren die samengehouden worden door watersto ruggen. 4. Wat is de chemische naam van krijt? 5. Geef de formule van krijt (calciumcarbonaat). 6. Tot welke groep stoffen behoort krijt? 7. Leg uit of krijt oplosbaar is in water. 8. Wat is de func e van vulstoffen? 9. Geef de formule van glucose. 10. Tot welke groep stoffen behoort glucose? 11. Leg aan de hand van gegevens uit tabel 67F3 uit hoe de cellulosemoleculen microstructuren vormen die samengehouden worden door watersto ruggen. De formule van cellulose wordt weergegeven als (C 6 H 10 O 5 ) n waarbij n een getal is tussen 3000 en Bij de vorming van cellulose uit glucose wordt water afgesplitst. Reac es waarbij water wordt afgesplitst noemen we ook wel een condensa e reac es. 12. Verklaar de term condensa e reac e. 13. Geef de vorming van cellulose weer in een reac- evergelijking. Maak deze kloppend met de n. 14. Bereken het aantal glucose eenheden in een cellulosemolecuul met een molecuulmassa van 6, u. De zure a raak van papier De chemische a raak van papier volgt in feite dezelfde weg als de vorming, maar dan in tegengestelde rich ng: de zuren vallen de bindingen aan die de glucose ringen bijeenhouden. De cellulosemoleculen worden door zuren in kortere stukken gesneden en het papier verzwakt hier vanzelfsprekend door. Dit a raakproces heet hydrolyse. De zuren werken hierbij als katalysator. 3

4 5.2 - Wat maakt oplossingen zuur? Inleiding Deze module gaat over de chemische eigenschappen van zuren en basen. Misschien denk je er niet zo over na, maar iedere dag kom je wel met zuren en basen in aanraking. Of je nu een flesje prik (met koolzuur) naar binnen klokt, een pilletje vitamine C (ascorbinezuur) slikt of een schoonmaakmiddel uit de kast pakt (grote kans dat het een base is). Bij het oplossen van zuren worden oxonium (H 3 O + ) ionen gevormd. Dit noemen we de ionisa e van een zuur. Voorbeeld 1: de ionisa e van waterstofchloride HCl(g) + H 2 O(l) H 3 O + (aq) + Cl (aq) Deze oplossing noemen we zoutzuur. Het chlorideion noemen we ook wel de zuurrest van zoutzuur. Voorbeeld 2: de ionisa e van zwavelzuur Zwavelzuur is een zogenaamd 2-waardig zuur en kan twee H + ionen afsplitsen. Dit gebeurt in twee stappen, een zogenaamde trapsgewijze ionisa e. Alle zuren hebben vergelijkbare eigenschappen, en hetzelfde geldt voor alle basen. Zoals de naam al zegt, smaken alle zuren zuur. Probeer dat echter niet uit in de prak jk, want vele zuren zijn erg gevaarlijk. Dat geldt ook voor de basen, die stuk voor stuk bi er van smaak zijn. Zuren geven een pijnlijk, branderig gevoel als je huid ermee in aanraking komt. Basen voelen glibberig aan. In deze en de volgende paragraaf houden we ons verder bezig met zure stoffen. H 2 SO 4 (l) + H 2 O(l) H 3 O + (aq) + HSO 4 - (aq) HSO 4 - (aq) + H 2 O(l) H 3 O + (aq) + SO 4 2- (aq) Meestal wordt dit weergegeven in één vergelijking: H 2 SO 4 (l) + 2 H 2 O(l) 2 H 3 O + (aq) + SO 4 2- (aq) Het sulfaat-ion is de zuurrest van zwavelzuur. Namen en formules die je moet kennen! Hieronder vind je een overzicht van de belangrijkste zuren. De formules en namen van de zuren en zuurresten moet je goed kennen. naam formule zuurrest formule waterstofchloride HCl chloride Cl - azijnzuur CH 3 COOH acetaat CH 3 COO - salpeterzuur HNO 3 nitraat - NO 3 koolzuur H 2 O + CO 2 2- carbonaat CO 3 zwavelzuur H 2 SO 4 sulfaat 2- SO 4 fosforzuur H 3 PO 4 fosfaat 3- PO 4 Wat maakt een oplossing zuur? Of een oplossing zuur, neutraal of basisch is wordt weergegeven met de ph. Chemici spreken over een "neutrale" oplossing als de ph 7 is. Dat is ook precies de ph van zuiver water. Een oplossing met een ph die lager is dan 7 wordt zuur genoemd en een oplossing met een ph van boven de 7 noemen we basisch. Een zure oplossing ontstaat als een zuur in water opgelost wordt. Zuren zijn elektrolyten en splitsen net als zouten in ionen (zie module 1). Een volledig overzicht van zuren (en basen) vind je in tabel 49. Deze tabel zullen we in deze module heel vaak gaan gebruiken. Zoals je in deze tabel kunt zien zijn de zuren en basen gerangschikt in koppels. Als een zuur en base precies één H + verschillen, noemen we dat een zuur-base koppel. We spreken ook van geconjugeerde zuren en basen. Azijnzuur en het acetaat ion zijn een voorbeeld van een zuur-base koppel. Het acetaat ion is de geconjugeerde base van azijnzuur en omgekeerd is azijnzuur het geconjugeerde zuur van het acetaat ion. 5

5 5.3 - Wat maakt oplossingen basisch? Basen in water Basische oplossingen beva en hydroxide ionen. Stoffen als natriumhydroxide, kaliumhydroxide, calciumhydroxide en bariumhydroxide zijn zouten en zijn opgebouwd uit ionen. Door deze stoffen op te lossen in water ontstaan basische oplossingen: NaOH(s) Na + (aq) + OH - (aq) De oplossing van NaOH wordt ook wel natronloog genoemd. Dit is een triviale naam, veel gebruikte triviale namen van basische oplossingen zijn: naam ammonia natronloog kaliloog kalkwater barietwater Wees voorzich g met geconcentreerde basische oplossingen, ze zijn bijtend en veroorzaken brandwonden. Geconcentreerde natronloog wordt onder meer toegepast als gootsteenontstopper. Hieronder vind je een overzicht van de belangrijke basen. De formules en namen van deze basen moet je goed kennen. naam formule hydroxide-ion OH - ammoniak NH 3 oxide-ion O 2- carbonaat-ion 2- CO 3 waterstofcarbonaat-ion - HCO 3 Metaaloxiden in water Bij het oplossen van natriumoxide in water ontstaat natronloog: Na 2 O(s) + H 2 O(l) 2 Na + (aq)+ 2 OH - (aq) Daarom staat er in tabel 45A bij de oplosbaarheid van natriumoxide een r : reageert met water. Hetzelfde geldt voor de oxiden van kalium, calcium en barium. De meeste andere metaaloxiden zijn slecht oplosbaar in water. Controleer dit zelf! Ammoniak en (waterstof)carbonaat in water Ammoniak vormt hydroxide-ionen volgens de vergelijking: NH 3 (aq) + H 2 O(l) NH 4 + (aq) + OH - (aq) nota e oplossing NH 3 (aq) Na + (aq) + OH - (aq) K + (aq) + OH - (aq) Ca 2+ (aq) + 2 OH - (aq) Ba 2+ (aq) + 2 OH - (aq) Op overeenkoms ge wijze reageren carbonaat en waterstofcarbonaat-ionen: CO 3 2- (aq) + H 2 O(l) HCO 3 - (aq) + OH - (aq) HCO 3 - (aq) CO 2 (aq) + OH - (aq) Basesterkte Net als bij de zuren onderscheiden we sterke en zwakke basen. Bij een zwakke base wordt slechts weinig OH gevormd en is er weer sprake van een evenwicht: B(aq) + H 2 O(l) BH + (aq) + OH (aq) Hierbij stelt B een zwak zuur voor en is Z de geconjugeerde base. Uit tabel 49 kun je afleiden of een base sterk of zwak is: alle basen boven OH zijn zwak. In onderzoek gaan we van een aantal basen onderzoeken of deze sterk of zwak zijn. Onderzoek Basesterkte Onderzoeksvraag Welke basen zijn sterk en welke zwak? Werkwijze Bepaal zo nauwkeurig mogelijk de ph van onderstaande 0,1 M oplossingen m.b.v. de zuur-base indicatoren broomthymolblauw (btb), thymolblauw (tb) en fenol aleïen (ff). Neem de tabel over en verwerk daarin de resultaten. oplossing btb tb ff ph ammonia natriumacetaat natriumcarbonaat natriumchloride natronloog Verwerking Beantwoord de volgende vragen. 1. Rangschik de basen naar afnemende basesterkte en vergelijk deze volgorde met de volgorde in BINAS tabel Verklaar op microniveau de invloed van de basesterkte op de ph. 3. Waarom hee het bij dit onderzoek weinig zin om de stroomgeleiding te meten? 4. Geef de vorming van hydroxide-ionen voor elke oplossing weer. Maak daarbij onderscheid tussen sterk en zwak. 7

6 5.4 - Het ontzuren van zure oplossingen Waarom is de zuurgraad zo belangrijk? Zuur hee een slechte naam. Zuur staat voor veel dat het tegendeel is van pre g of aardig. Maar jij weet zelf wel beter. Niet al jd even gezond, maar veel van wat je lekker vindt is zuur: fruit, snoep, frisdrank. De tandarts is er niet al jd blij mee! Bij de chemische nota e van oplossingen van zwakke zuren ontstaat er een probleem. Een zwak zuur is niet volledig in ionen gesplitst. Omdat de meeste zwakke zuren slechts voor een klein deel in ionen zijn gesplitst, vaak maar voor 1% of minder, is afgesproken om bijvoorbeeld een oplossing van azijnzuur in water te noteren als: CH 3 COOH(aq) De reden om ons met zuren bezig te houden is dus dat zuren zo belangrijk zijn. Denk maar aan voeding, je hele lichaam overigens, je spijsvertering (er zit zoutzuur in je maag!), maar ook je bloed: op de intensive care meet men voortdurend hoe zuur het bloed van de pa ënt is. Een apparaat registreert dan de zuurgraad, de ph. Die zuurgraad speelt ook een grote rol bij de waterkwaliteit. Als je een aquarium hebt moet je de zuurgraad in de gaten houden en zo nodig corrigeren. Tja, en dan is er nog de zure a raak van papier Kenmerken van zuren op macroschaal Nog even de belangrijke kenmerken van zuren op een rij. Zuren smaken zuur, lossen goed op in water, zure oplossingen geleiden elektrische stroom. Kenmerken van zuren op microschaal Zure stoffen splitsen een of meerdere H + ionen af en heten daarom ook wel protondonor. Voor het afsplitsen van een H + ion moet er een polaire binding aanwezig zijn. Dit is bijvoorbeeld het geval in waterstofchloride: H δ+ Cl δ- Hoe zuur een oplossing is geven we aan met de zuurgraad meestal de ph genoemd. De ph van een zure oplossing kan variëren van heel zuur bv ph = 0 tot ph=7. Als je een zoutzuuroplossing 10x verdunt wordt de nieuwe ph waarde één groter. Nota es van zure oplossingen Een sterk zuur is volledig in ionen gesplitst. De chemische nota e voor zoutzuur (de oplossing van waterstofchloride in water) wordt daarom als volgt genoteerd: H 3 O + (aq) + Cl (aq) Een uitzondering wordt gemaakt voor zwavelzuur. Weliswaar verloopt de tweede ionisa e trap niet volledig, maar vanwege de eenvoud wordt in dit geval maar net gedaan alsof deze stap wel volledig verloopt. Vandaar dat een zwavelzuuroplossing wordt genoteerd als: 2 H 3 O + (aq) + SO 4 2- (aq) An zuren (basen) op macroschaal Er zijn stoffen die de eigenschappen van een zuur wegnemen. Je zou dit dus an zuren kunnen noemen. Chemici gebruiken hiervoor de naam basen. Basische oplossingen smaken vies, zeepach g, bi er. Basische oplossingen zijn gevaarlijk zeker als de oplossing geconcentreerd en of warm is. Basen tasten je huid aan, met name je ogen zijn heel kwetsbaar. Basische oplossingen geleiden ook stroom en zijn dus ook elektrolyten. Microschaal: nota es van basische oplossingen Bij zwakke basen ontstaan weinig OH ionen. Ook hier is afgesproken om bijvoorbeeld een oplossing van ammoniak in water te noteren als: NH 3 (aq) Het is belangrijk om deze afspraken over nota es van zure en basische oplossingen te kennen en straks op de juiste manier toe te passen bij de zuurbase reac es. Ontzuren: zuur neutraliseren, basen. Natronloog kan zoutzuur onschadelijk maken. Dat betekent dat de H + ionen moeten verdwijnen. Het OH - ion kan dat. Natronloog is een basische oplossing met ph > 7 en zoutzuur is een zure oplossing met ph < 7. Wanneer je natronloog bij zoutzuur druppelt ligt het dus voor de hand dat de oplossing steeds minder zuur wordt en op een gegeven moment neutraal is (ph = 7). De basische oplossing hee de zure oplossing geneutraliseerd. Je spreekt van een neutralisa ereac e. 9

7 5.5 - De ph van zure oplossingen ph van sterke zuren Uit de [H 3 O + ] is vrij eenvoudig de ph te berekenen. Omdat de H 3 O + concentra es zeer klein kunnen worden, is het handiger om met een logaritmische schaal te werken. De ph is als volgt gedefinieerd: ph = - log [H 3 O + ] Omgekeerd kun je [H 3 O + ] uit de ph afleiden met: [H 3 O + ] = 10 -ph Let op: bij de ph telt het getal voor de komma niet mee voor de significante cijfers! Een ph van 3,30 hee 2 significante cijfers, een ph van 11,30 ook. Bereken de [H 3 O + ] van: 4. regenwater met een ph van 5,50 5. zoutzuur met een ph van 1,60 6. citroensap met een ph van 2,30 Er wordt 0,38 mol salpeterzuur opgelost in water tot er 2,5 L van deze oplossing is ontstaan. 7. Bereken de ph van deze oplossing. 8. Deze oplossing wordt 10x verdund. Bereken nu opnieuw de ph. 9. De oplossing van vraag 8 wordt nog eens 10x verdund. De oorspronkelijke oplossing van vraag 7 is dus 100x verdund. Bereken de ph van de 100x verdunde oplossing. Wat valt je op? We doen twee druppels 1,0 M zoutzuur bij 1,0 L gedes lleerd water. Deze twee druppels hebben samen een volume van 0,10 ml. Voorbeeld 1 Zoutzuur is volledig geïoniseerd: HCl(g) + H 2 O(l) H 3 O + (aq) + Cl (aq) Uit 1 mol HCl ontstaat 1 mol H 3 O +. Voor 0,040 M zoutzuur geldt dus ook dat [H 3 O + ] = 0,040 M: ph = - log (0,040) = 1,40 Voorbeeld 2 De [H 3 O + ] in zure oplossing met een ph van 2,80: [H 3 O + ] = 10-2,80 = 1, M Bereken de ph van: 1. 2, M salpeterzuur 2. 2,0 M zoutzuur 3. 0,10 M (volledig geïoniseerd) zwavelzuur 10. Wat is de ph van gedes lleerd water? 11. Bereken hoeveel mol H 3 O + (aq) aanwezig is in 0,10 ml 1,0 M zoutzuur. 12. Bereken de [H 3 O + ] van de oplossing die na het toevoegen van de twee druppels zoutzuur is ontstaan. 13. Bereken de ph van de ontstane oplossing. 14. Hoe groot is de verandering van ph? ph van zwakke zuren Bij zwakke zuren is slechts een klein deel van de moleculen is geïoniseerd en is dus sprake van een evenwicht. Neem bijvoorbeeld azijnzuur: CH 3 COOH(aq) + H 2 O(l) H 3 O + (aq) + CH 3 COO - (aq) De zuursterkte wordt bepaald door de zuurconstante K z. Deze kun je opzoeken in tabel 49. Bij 298 K is de K z waarde van azijnzuur gelijk aan 1, De evenwichtsvoorwaarde luidt: [ + ] [ ] [ ] = Bij de berekening stellen we [H 3 O + ] op x. Dan geldt ook dat [CH 3 COO - ] = x. Dit kunnen we weergeven in een boekhoudschema. CH 3 COOH H 3 O + CH 3 COO - Begin 0, Reac e -x + x + x Evenwicht 0,10 - x x x 12

8 5.6 - De ph van basische oplossingen Berekening van de poh Bij zure oplossingen kun je uit de [H 3 O + ] de ph berekenen. De ph van basische oplossingen kunnen we daarentegen niet direct uitrekenen. De ph van een basische oplossing ligt boven de 7. Dit komt door de aanwezigheid van OH - ionen. Daarom moet je eerst vanuit [OH - ] de poh berekenen: poh = - log [OH - ] Hoe kun je de poh omrekenen in de ph? Om deze vraag te beantwoorden kijken we eerst naar zuiver water. Hiervoor geldt dat ph = 7,00. Omdat water een neutrale stof is, geldt ook dat poh = 7,00. Daaruit volgt dat ph + poh = 14,00. Dit verband geldt voor alle zure en basische oplossingen: Het verband ph + poh = 14,00 geldt voor iedere oplossing van 298 K. Hiermee kunnen we de poh omrekenen in de ph en omgekeerd. Met deze formule kan via de poh de ph van een basische oplossing uitgerekend worden, bijvoorbeeld voor 0,10 M natronloog: [OH - ] = 0,10 M poh = - log (0,10) = 1,00 ph = 14,00 poh = 14,00 1,00 = 13,00 Berekening van de [OH - ] De [OH - ] bereken je vanuit de poh met: [OH - ] = 10 -poh Als voorbeeld bereken we [OH - ] in een basische oplossing met een ph van 11,90: poh = 14,00 11,90 = 2,10 [OH - ] =10-2,10 = 7, M Bereken de ph van: 1. 2,0 M kaliloog 2. 0,015 M kalkwater 3. een oplossing die 20 g natriumhydroxide per liter bevat Bereken de [OH - ] 4. bij ph = 9,20 5. bij ph = 13,50 Een oplossing van 0,22 M natronloog wordt tweemaal verdund. 6. Bereken de ph van 0,22 M natronloog. 7. Bereken de ph van de verdunde oplossing. Men lost 10 gram kaliumhydroxide op in 1,4 liter water. 8. Bereken de ph van deze oplossing. De TOA wil 500 ml barietwater maken met een ph van 9, Bereken hoeveel gram bariumhydroxide de TOA moet oplossen. 10. Leg uit welke twee indicatoren uit tabel 52A de TOA moet gebruiken om zo nauwkeurig mogelijk te controleren of de ph inderdaad 9,55 is. ph van zwakke basen Ammoniak is een voorbeeld van een zwakke base. We hebben dus te maken met het evenwicht: NH 3 (aq) + H 2 O(l) NH 4 + (aq) + OH - (aq) De ligging van dit evenwicht hangt af van de baseconstante K b. Deze kun je opzoeken in tabel 49. Bij 298 K is de K b waarde van ammoniak gelijk aan 1, De evenwichtsvoorwaarde luidt: [ + ] [ ] [ ] = Bij de berekening stellen we [OH ] op x. Dan geldt ook dat [NH 4 + ] = x. Weergegeven in een boekhoudschema : NH 3 + NH 4 OH - Begin 0, Reac e -x + x + x Evenwicht 0,10 - x x x Dan wordt de ingevulde evenwichtsvoorwaarde: =, (, ) Omdat de K b waarde klein is, kunnen we x verwaarlozen ten opzichte van de beginconcentra e (0,10 M) om de las ge tweede graad vergelijking te omzeilen. 14

9 5.7 - Zuurgehalte bepalen Kwan ta eve analyse Een tra e is een kwan ta eve analyse methode, het gaat om hoeveelheden. Bij een zuurbase tra- e laat men een zuur neutraliseren door een base of omgekeerd. Eén van beide oplossingen hee een bekende concentra e. De concentra e van de andere oplossing is dan te berekenen. Door toevoeging van een geschikte indicator kunnen we aantonen dat de reac e is afgelopen en weten dat het eindpunt of equivalen epunt is bereikt. Onderzoek Azijnzuurgehalte in tafelazijn Inleiding Producten dienen aan bepaalde eisen te voldoen, zo dient volgens de warenwet in tafelazijn minstens 4,0 gram azijnzuur te zijn 100 ml. Om dit gehalte te bepalen wordt tafelazijn ge treerd met natronloog. Onderzoeksvraag Wat is het azijnzuurgehalte van tafelazijn? Werkplan Je gaat de tafelazijn treren met 0,1 M natronloog. Maak een werkplan om het azijnzuurgehalte van tafelazijn te bepalen. In het werkplan moet staan: in welke molverhouding azijnzuur en natronloog met elkaar reageren, hoe er bemonsterd wordt, welke indicator gebruikt wordt welk glaswerk, welke stoffen en materialen nodig zijn. Voer na goedkeuring het werkplan uit. Verwerking Beantwoord de onderzoeksvraag met een berekening. Om het gehalte natriumcarbonaat in soda te bepalen wordt 1,04 gram kristalsoda opgelost in een maatkolf van 100,0 ml. Men treert 25,00 ml van deze oplossing met 17,55 ml 0,1036 M zoutzuur. 1. Geef de reac evergelijking. 2. In welke molverhouding reageren natriumcarbonaat en zoutzuur met elkaar? 3. Bereken het massapercentage natriumcarbonaat in soda. 4. Bereken het aantal kristalwatermoleculen in kristalsoda. 16

10 5.8 - Een buffer kan tegen een stootje! Bufferoplossingen Bij onze dagelijkse ac viteiten worden in ons lichaam voortdurend stoffen verbrand. Hierbij ontstaan zure stoffen zoals koolstofdioxide en melkzuur. Toch blij de ph van ons bloed constant. Het bloed bevat stoffen die er voor zorgen, dat bij verdunnen of het toevoegen van kleine hoeveelheden zuur of base, de ph niet verandert. We noemen zo n oplossing een buffer. Een buffer is een stof die de zuurgraad regelt of onder controle houdt. Hoe werkt een buffer? Een buffer is in staat om kleine hoeveelheden OH - te neutraliseren. Maar evenzo moet een buffer als base kunnen reageren met kleine hoeveelheden H 3 O +. Een buffer moet dus zowel een basisch deeltje als een zuur deeltje beva en. 1. Leg uit dat een buffer niet kan bestaan uit een combina e van zoutzuur en natronloog. Het zuur en de base in een buffer mogen niet met elkaar reageren. Bij welke zuren en basen is dit het geval? Het antwoord is heel simpel: bij een zuurbase koppel! Laten we dit aan de hand van een voorbeeld nagaan. Zoals je weet is azijnzuur een zwak zuur. In een azijnzuuroplossing komen dan ook voornamelijk CH 3 COOH moleculen voor. Het acetaat ion is een zwakke base. In een natriumacetaat oplossing komen dus Na + en CH 3 COO - ionen voor. Als we oplossingen van azijnzuur en natriumacetaat met elkaar mengen, dan hebben we een oplossing waarin zowel een zwak zuur, CH 3 COOH, als een zwakke base, CH 3 COO -, voorkomen. Als deze deeltjes met elkaar reageren hee dit geen consequen es voor de samenstelling van de oplossing. 2. Licht dit toe aan de hand van een reac evergelijking. 3. Geef in een reac evergelijking weer wat er gebeurt als er aan deze bufferoplossing een beetje zoutzuur wordt toegevoegd. 4. Geef in een reac evergelijking weer wat er gebeurt als er aan deze bufferoplossing een beetje natronloog wordt toegevoegd. 5. Leg uit waarom zowel het zuur als de base in voldoende mate aanwezig moeten zijn. 6. Leg uit of je een bufferoplossing kan maken door mengen van azijnzuur en natronloog. De ph van een buffermengsel kun je net als gewone oplossingen van zwakke zuren of basen berekenen met behulp van de evenwichtsvoorwaarde. 7. Bereken de ph van de fosfaatbuffer die ontstaat door het mengen van 0,46 mol NaH 2 PO 4 en 0,38 mol Na 2 HPO 4 in 1,0 liter water. 8. Laat door berekening zien of de ph van deze fosfaatbuffer verandert als men 5,0 ml 2,5 M natronloog toevoegt. Je mag aannemen dat het volume hierdoor niet verandert. 17

11 5.9 - Gebufferd papier Onderzoek Calciumcarbonaatgehalte van papier Zelfs als papier zuurvrij geproduceerd wordt kan het papier in de loop van de jd toch nog verzuren. De lucht om ons heen bevat vrij vaak allerlei verontreinigingen zoals zuurvormende s kstof- en zwaveloxiden. Papier kan vocht en zuur opnemen uit de lucht en zo kan zuurvrij papier alsnog zuurhoudend worden. Om papier tegen inkomende zuren te beschermen kan, jdens de fabricage een buffer aan het papier worden toegevoegd die het eventuele binnenkomende zuur neutraliseert. Meestal wordt daar calciumcarbonaat voor gebruikt. Calciumcarbonaat is een base die effec ef zuren neutraliseert. 1. Welke zuren zullen ontstaan uit de zuurvormende s kstof- en zwaveloxiden? Geef zowel de namen als formules. 2. Vertel in eigen woorden wat gebufferd papier is en hoe het werkt. 3. Leg met een reac evergelijking uit hoe calciumcarbonaat een zuuraanval kan afslaan. 4. Welke andere func e had calciumcarbonaat ook al weer? Onderzoeksvraag Wat is het calciumcarbonaatgehalte van het kopieerpapier dat op school gebruikt wordt? Hypothese Stel een hypothese op. Werkplan Bepaal het massapercentage calciumcarbonaat in kopieerpapier volgens twee verschillende methodes: een volumetrische bepaling (24,2 ml gas = 1,0 mmol) een zuurbase tra e De docent licht toe hoe beide methodes in hun werk gaan. Maak vervolgens zelf een werkplan (in 2-tallen, verdeel de taken). Bespreek het werkplan met de docent of TOA en voer - na goedkeuring - je werkplan uit. Verwerking Bereken het massapercentage calciumcarbonaat in kopieerpapier volgens beide methodes. Welke methode lijkt je het meest betrouwbaar? 19

12 Proefwerkopgaven Citroenzuur Citroenzuur hee de volgende structuurformule: 1. Geef de molecuulformule van citroenzuur. 2. Leg uit waarom citroenzuur een 3-waardig zuur is. 3. Geef de formules van de deeltjes, die ontstaan als een molecuul citroenzuur één, twee of drie H + ionen hee afgestaan. 4. Wat is de geconjugeerde base van citroenzuur? 11. Leg aan de hand van een of meer reac evergelijkingen uit hoe uit zwavel zwavelzuur kan ontstaan. 12. Dezelfde vraag voor salpeterzuur uit s kstofoxiden. 13. Zoek op waarom kunstmest een oorzaak is van zure regen. 14. Leg uit waarom kalkrijke bodems een buffer vormen tegen de verzuring. 15. Leg uit waarom zandgronden en granietbodems daarentegen snel verzuren. Historische monumenten die gemaakt zijn van marmer (CaCO 3 ), worden ook aangetast door zure regen getuige onderstaande a eelding. De warenwet Volgens de warenwet moet in tafelazijn minstens 4,0 massa% azijnzuur zijn opgelost. Bij onderzoek blijkt een bepaalde tafelazijn een ph van 2,50 te hebben. De dichtheid van tafelazijn is 1,0 g ml Bereken de molariteit van azijnzuur in deze tafelazijn. 6. Bereken het massa% azijnzuur in deze onderzochte tafelazijn. Voldoet de tafelazijn aan de warenwet? Zure regen De neerslag die in Nederland valt, is sterk verzuurd. De oorzaken van deze verzuring zijn vooral menselijke ac viteiten. De normale ph-waarde voor regenwater is 5 à 6. Zure regen hee een ph van ongeveer 4,50 en bevat kleine hoeveelheden zwavelzuur en salpeterzuur. 7. Bedenk een reden waarom de normale ph waarde voor regenwater geen 7 is, maar ligt tussen de 5 à Bereken [H 3 O + ] in zure regen. De zure regen is een gevolg van de emissies van de industrie, huishoudens en verkeer. Boosdoeners zijn zwavelhoudende brandstoffen, s kstofoxiden (NO + NO 2 ) en kunstmest. 9. Leg uit hoe bij de verbranding van een s kstofloze brandstof toch s kstofoxiden kunnen ontstaan. 10. Zoek op wat een low-nox brander is. 16. Geef de reac evergelijking van marmer met zure regen. 17. Leg duidelijk uit waarom deze historische monumenten als het ware langzaam oplossen. Gebufferd bloed Koolstofdioxide kan op drie verschillende manieren in het bloed zijn opgenomen: opgelost in het bloedplasma gebonden aan hemoglobine in de vorm van waterstofcarbonaat ionen In bloed is sprake van een evenwicht tussen het koolstofdioxide en de waterstofcarbonaat ionen. 18. Geef dit evenwicht weer in een reac evergelijking. 19. Leg uit dat dit evenwicht een bufferende werking hee in het bloed. Bij de mens moet, om te kunnen overleven, de ph van bloed steeds tussen 7,35 en 7,45 liggen. 20. Bereken de verhouding [HCO 3 - ] / [CO 2 ] bij een ph van 7,40. 20