Reaksies in waterige oplossings - Graad10 [CAPS]

Transcriptie

1 OpenStax-CNX module: m Reaksies in waterige oplossings - Graad10 [CAPS] Melissa Munnik Free High School Science Texts Project Based on Reactions in aqueous solutions - Grade 10 [CAPS] by Free High School Science Texts Project This work is produced by OpenStax-CNX and licensed under the Creative Commons Attribution License Inleiding Baie reaksies in chemie en alle biologiese reaksies (reaksies in lewendige sisteme) vind in water plaas. Ons sê dat hierdie reaksies in waterige oplossing plaasvind. Water het baie unieke eienskappe en is volop op Aarde. Daarom vind reaksies in waterige oplossing gereeld plaas. In hierdie hoofstuk gaan ons na sommige van hierdie reaksies in detail kyk. Amper al die reaksies wat in waterige oplossing plaasvind behels ione. Ons gaan na drie tipes reaksies wat in waterige oplossings plaasvind kyk, naamlik: neerslagreaksies, suur-basis reaksies en oksidasie-reduksie reaksies. Voordat ons oor die tipes reaksies kan leer, moet ons eers na ione in waterige oplossing en elektriese geleidingsvermoeë kyk. 2 Ione in waterige oplossing Water is selde suiwer. Vanweë die watermolekule se struktuur kan stowwe maklik daarin oplos. Dit is baie belangrik want as water nie dit kon doen nie, sou lewe nie kon voortbestaan nie. Byvoorbeeld, in riviere en in die oseane, veroorsaak die opgeloste suurstof dat organismes (soos visse) nog steeds kan respireer (asemhaal). Vir plante is opgeloste voedingstowwe ook beskikbaar. In die menslike liggaam kan water opgeloste stowwe van een deel in die liggaam na 'n ander vervoer. Baie van die stowwe wat oplos is ionies en wanneer dit oplos vorm dit ione in oplossing. Ons gaan kyk na hoe water die vermoeë het om ioniese verbindings op te los, hoe hierdie ione 'n balans in die menslike liggaam handhaaf, hoe dit die hardheid van water beïnvloed en hoe dit suurreën veroorsaak. 2.1 Dissosiasie in water Water is 'n polêre molekule (Figure 1). Dit beteken dat een deel van die molekule 'n eens positiewe lading (positiewe pool) en die ander deel 'n eens negatiewe lading (negatiewe pool) het. Version 1.2: May 7, :38 am

2 OpenStax-CNX module: m Figure 1: Water is 'n polêre molekule Dit is die polêre aard van water wat veroorsaak dat ioniese verbindings in dit kan oplos. Byvoorbeeld, in die geval van natriumchloried (NaCl) sal die positiewe natrium ione (Na + ) na die negatiewe pool van die watermolekule aangetrek word, terwyl die negatiewe chloried ione (Cl ) na die positiewe pool van die watermolekule aangetrek sal word. In die proses word die ioniese bindings tussen die natrium en chloried ione verswak en kan die watermolekules hulself tussen die individuele ione inwerk. Die watermolekules omring die ione en los stadigaan die verbinding op. Hierdie proses word dissosiasie genoem. 'n Vereenvoudigde voorstelling hiervan word gewys in Figure 2. Ons sê dat dissosiasie van 'n stof plaasgevind het wanneer 'n stof dissosieer of oplos. Denition 1: Dissosiasie Dissosiasie in chemie en biochemie is 'n algemene proses waarin ioniese verbindings in kleiner molekules of ione opbreek, gewoonlik op 'n omkeerbare manier. Figure 2: Natriumchloried los op in water Die dissosiasie van natriumchloried kan deur die volgende vergelyking voorgestel word: NaCl (s) Na + (aq) + Cl (aq) Die simbole s (vaste stof), l (vloeistof), g (gas) en aq (stof is opgelos in water) word na die chemiese formule geskryf om die fase of toestand van die materiaal aan te dui. Die dissosiasie van kaliumsulfaat na kalsium en sulfaat ione word hieronder as nog 'n voorbeeld gewys: K 2 SO 4 (s) 2K + (aq) + SO 2 4 (aq) Onthou dat molekulêre stowwe (i.e. kovalente verbindings) ook kan oplos, maar die meeste sal nie ione vorm nie. Een voorbeeld is suiker. C 6 H 12 O 6 (s) C 6 H 12 O 6 (aq) Daar is uitsonderings hierop en sommige molekulêre stowwe sal ione vorm wanneer hulle oplos. Byvoorbeeld, waterstofchloried kan ioniseer om waterstof en chloried ione te vorm. HCl (g) H + (aq) + Cl (aq) note: Die vermoeë van ioniese verbindings om op te los in water is uiters belangrik in die menslike liggaam! Die liggaam bestaan uit selle, wat elk omring is deur 'n membraan. Opgeloste ione kom binne en buite liggaamselle in verskillende konsentrasies voor. Sommige van hierdie ione is positief (bv. Mg 2+ ) en sommige is negatief (bv. Cl ). As daar 'n verskil tussen die ladings binne en buite die sel is, dan is daar 'n potensiaalverskil oor die selmembraan. Dit word die membraanpotensiaal van die sel genoem. Die membraanpotensiaal werk soos 'n battery en beïnvloed die beweging van alle gelaaide stowwe oor die membraan. Membraanpotensiale speel 'n rol in spierfunksionering, spysvertering, uitskeiding en in die handhawing van bloed ph, om maar net 'n paar voorbeelde te

3 OpenStax-CNX module: m noem. Die beweging van ione oor die membraan kan ook in 'n elektriese sein omgeskakel word, wat deur neurone (nerve cells) oorgedra word, en wat liggaamsprosesse beheer. As ioniese stowwe nie in water kon dissosieer nie, sou geen van hierdie prosesse moontlik gewees het nie! Dit is ook belangrike om te besef dat ons liggame ione soos Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+, en Cl, kan verloor, byvoorbeeld wanneer ons sweet tydens oefening. Sportdrankies soos Lucozade en Powerade is ontwerp om hierdie verlore ione te vervang, sodat die liggaam se normale funksionering nie nadelig beïnvloed word nie Ione in oplossing 1. Vir elk van die volgende, sê of die stof ionies of molekulêr is. a. kaliumnitraat (KNO 3 ) b. etanol (C 2 H 5 OH) c. sukrose ('n tipe suiker) (C 12 H 22 O 11 ) d. natriumbromied (N abr) Klik hier vir die oplossing 1 2. Skryf 'n gebalanseerde vergelyking om aan te dui hoe elk van die volgende ioniese verbindings dissosieer in water. a. natriumsulfaat (Na 2 SO 4 ) b. kalsiumbromied (KBr) c. kalsiumpermanganaat (KMnO 4 ) d. natriumfosfaat (Na 3 P O 4 ) Klik hier vir die oplossing Ione en die hardheid van water Hierdie afdeling is nie eksamineerbaar nie en is vir verrykingsdoeleindes. Denition 2: Die hardheid van water Die hardheid van water is 'n maatstaf van die mineraalinhoud van water. Minerale is stowwe soos kalsiet, kwarts en mika, wat natuurlik voorkom as gevolg van geologiese prosesse. Harde water is water wat 'n hoë mineraalinhoud het. Water wat 'n lae mineraalinhoud het staan bekend as sagte water. As water 'n hoë mineraalinhoud het, bevat dit gewoonlik hoë vlakke van metaalione, hoofsaaklik kalsium (Ca) en magnesium (Mg). Die kalsium kom óf van CaCO 3 (kalksteen of kryt) óf van mineraalafsettings van CaSO 4 in die water in. Die hoofbron van magnesium is 'n sedimentêre klip wat dolomiet genoem word, CaMg (CO 3 ) 2. Harde water kan ook ander metale, sowel as bikarbonate en sulfate, bevat. note: Die eenvoudigste manier om te toets of water hard of sag is, is deur die skuimtoets te gebruik. As die water baie sag is sal seep makliker skuim maak wanneer dit teen die vel gevryf word. Met harde water sal dit nie gebeur nie. Tandepasta sal ook nie baie skuim maak in harde water nie. 'n Waterversagter werk op die beginsel van ioonuitruiling. Harde water gaan deur 'n mediumbed, wat gewoonlik van harskorrels oorversadig met natrium gemaak word. Soos wat die water deur die korrels beweeg, heg die hardheid-minerale (soos kalsium en magnesium) hulself aan die korrels. Die natrium wat oorspronklik aan die korrels gebind was word in die water vrygestel. Wanneer die hars versadig word met kalsium en magnesium, moet dit herlaai word. 'n Soutoplossing word deur die hars geforseer. Die natrium vervang die kalsium en magnesium en hierdie ione word dan in afvalwater vrygestel en afgevoer. 1 See the le at < 2 See the le at <

4 OpenStax-CNX module: m Suurreën Hierdie afdeling is nie eksamineerbaar nie en is vir verrykingsdoeleindes. Die suurgehalte van reënwater kom van die natuurlike teenwoordigheid van drie stowwe (CO 2, NO, and SO 2 ) in die onderste laag van die atmosfeer. Hierdie gasse kan oplos in water en maak daarom die reën suurder as wat dit andersins sou wees. Koolstofdioksied (CO 2 ) het die hoogste konsentrasie van hierdie gasse, en dra daarom die meeste by tot die natuurlike suurgehalte van reënwater. Ons gaan om die beurt na elk van hierdie gasse kyk. Denition 3: Suurreën Suurreën verwys na die neerslag van suurkomponente in reën, sneeu en dou. Suurreën vind plaas wanneer swaweldioksied en stikstofoksiede in die atmosfeer vrygestel word, chemiese transformasies ondergaan en geabsorbeer word deur waterdruppeltjies in wolke. Die druppels val dan na die aarde as reën, sneeu, mis, droë stof, hael of ysreën. Dit verhoog die suurgehalte van die grond en beïnvloed die chemiese balans van mere en strome. 1. Koolstofdioksied Koolstofdioksied reageer met water in die atmosfeer om koolsuur (H 2 CO 3 ) te vorm. CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 Die koolsuur dissosieer om waterstof en waterstofkarbonaat ione te vorm. Dit is die teenwoordigheid van waterstof ione wat die ph van die oplossing verlaag, wat die reën suur maak. H 2 CO 3 H + + HCO 3 2. Stikstofmonoksied Stikstofmonoksied (NO) dra ook by tot die natuurlike suurgehalte van reënwater en word gevorm gedurende weerligstorms, wanneer stikstof en suurstof reageer. In lug word NO geoksideer om stikstofdioksied (NO 2 ) te vorm. Dit is die stikstofdioksied wat dan met water in die atmosfeer reageer om salpetersuur (HNO 3 ) te vorm. 3NO 2 (g) + H 2 O 2HNO 3 (aq) + NO(g) Die salpetersuur dissosieer in water om waterstof ione en nitraat ione te vorm. Weereens verlaag dit die ph van die oplossing, wat dit suur maak. HNO 3 H + + NO 3 3. Swaweldioksied Swaweldioksied in die atmosfeer reageer eers met suurstof om swaweltrioksied te vorm, waarna dit met water reageer om swawelsuur te vorm. 2SO 2 + O 2 2SO 3 SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 Swawelsuur dissosieer op 'n manier soortelyk aan die vorige reaksies. H 2 SO 4 HSO 4 + H + Alhoewel hierdie reaksies wel natuurlik voorkom, kan menslike aktiwiteite die konsentrasie van hierdie gasse in die atmosfeer baie laat verhoog, sodat reën baie meer suur word as wat dit andersins sou wees. Die verbranding van fossielbrandstowwe in nywerhede, voertuie, ensovoorts is van die grootste oortreders. As die suurgehalte van die reën laer as 5 val, word daar na dit verwys as suurreën. Suurreën kan 'n baie skadelike eek op die omgewing hê. In riviere, damme en mere, kan verhoogde suurgehalte beteken dat sommige plant- en dierspesies nie sal oorleef nie. Suurreën kan ook grondminerale afbreek, wat metaalione (wat in watersisteme in spoel) produseer. Sommige van hierdie ione kan giftig wees, bv. Al 3+. Vanuit 'n ekonomiese oogpunt kan veranderde grond ph die landbouproduktiwiteit drasties beïnvloed. Suurreën kan ook geboue en monumente, wat baie keer van marmer en kalksteen gemaak word, aekteer. 'n Chemiese reaksie vind tussen CaCO 3 (kalksteen) en swawelsuur plaas, wat waterige ione wat maklik weggespoel kan word, laat vorm. Dieselfde reaksie kan ook in die litosfeer (vaste aardkors), waar kalkklippe voorkom, plaasvind. Kalksteen grotte kan byvoorbeeld weggevreet word deur suur reënwater. H 2 SO 4 + CaCO 3 CaSO 4. H 2 O + CO 2

5 OpenStax-CNX module: m Ondersoek : Suurreën Jy gaan die eek van 'suurreën' op 'n aantal verskillende stowwe toets. Materiale benodig: monsters van kryt, marmer, sink, yster en lood, verdunde swawelstuur, proefbuise, 'n beker, 'n glasdrupper Metode: 1. Plaas 'n klein monster van elk van die volgende stowwe in 'n aparte proefbuis: kryt, marmer, sink, yster en lood. 2. Voeg 'n paar druppels verdunde swawelsuur by elke proefbuis. 3. Neem waar wat gebeur en skryf jou resultate neer. Besprekingsvrae: In watter van die proefbuise het 'n reaksie plaasgevind? Wat het gebeur met die stofmonsters? Wat leer jy uit jou resultate oor die eek wat suurreën op elk van die volgende kan hê: geboue, grond, klippe en geologie, en water ekosisteme? Watter voorsorgmaatreëls kan getref word om die potensiele impak van suurreën te verlaag? 4 Elektroliete, ionisasie en geleidingsvermoeë Geleidingsvermoeë, in waterige oplossings, is 'n maatstaf van die water se vermoeë om 'n elektriese stroom te gelei. Hoe meer ione daar in die oplossing is, hoe hoër is die oplossing se geleidingsvermoeë. Denition 4: Geleidingsvermoeë Geleidingsvermoeë is 'n maatstaf van 'n oplossing se vermoeë om 'n elektriese stroom te gelei. 4.1 Elektroliete 'n Elektroliet is 'n materiaal wat die geleidingsvermoeë van water verhoog wanneer dit opgelos word daarin. Elektroliete kan verder geklassiseer word as sterk elektroliete en swak elektroliete. Denition 5: Elektroliete 'n Elektroliet is 'n stof wat vrye ione bevat en as 'n elektries geleibare medium optree. Omdat hulle gewoonlik uit ione in oplossing bestaan, staan elektroliete ook bekend as ioniese oplossings. 1. Sterk elektroliete 'n Sterk elektroliet is 'n stof wat volledig ioniseer wanneer dit opgelos word in water: AB (s, l, g) A + (aq) + B (aq) (1) Hierdie is 'n chemiese verandering omdat die oorspronklike verbinding in sy samestellende ione opgebreek is en die verbindings verbreek is. Vir 'n sterk elektroliet sê ons dat die vlak van ionisasie hoog is. Met ander woorde, die oorspronklike materiaal dissosieer tot 'n groot mate, sodat daar 'n hoë konsentrasie ione in die oplossing is. 'n Voorbeeld is 'n oplossing van kaliumnitraat: KNO 3 (s) K + (aq) + NO 3 (aq) (2) 2. Swak elektroliete 'n Swak elektroliet is 'n materiaal wat opgelos kan word en omring sal word deur watermolekules wanneer dit by water gevoeg word. Al die molekules sal egter nie dissosieer tot ione nie. Die vlak van ionisasie van 'n swak elektroliet is laag en daarom is die konsentrasie van ione in die oplossing ook laag. AB (s, l, g) AB (aq) A + (aq) + B (aq) (3)

6 OpenStax-CNX module: m Die volgende voorbeeld wys dat sommige van die oorspronklike verbinding sowel as opgeloste ione in die nale oplossing van 'n swak elektroliet teenwoordig is. C 2 H 3 O 2 H (l) C 2 H 3 O 2 H C 2 H 3 O 2 (aq) + H+ (aq) (4) 4.2 Nie-elektroliete 'n Nie-elektroliet is 'n stof wat nie die geleidingsvermoeë van water verhoog wanneer dit daarin opgelos word nie. Die stof gaan in oplossing en word omring deur watermolekules, sodat die molekules van die chemikalie van mekaar geskei word. Alhoewel die stof wel oplos, word dit egter nie verander in enige manier nie en geen chemiese bindings word verbreek nie. Die verandering is 'n siese verandering. In die voorbeeld van suurstof hieronder, word die reaksie as onomkeerbaar aangedui, omdat suurstof net gedeeltelik oplosbaar in water is, en maklik uit die oplossing uitgaan. C 2 H 5 OH (l) C 2 H 5 OH (aq) (5) O 2 (g) O 2 (aq) (6) 4.3 Faktore wat die geleidingsvermoeë van water beïnvloed Die geleidingsvermoeë van water word dus deur die volgende faktore beïnvloed: Die tipe stof wat in die water oplos. Of die stof 'n sterk elektroliet (bv. kaliumnitraat, KNO 3 ), 'n swak elektroliet (bv. asetaat, CH 3 COOH) of 'n nie-elektroliet (bv. suiker, alkohol, olie) is, sal die geleidingsvermoeë van water beïnvloed omdat die konsentrasie van ione in oplossing verskillend sal wees vir elke geval. Die konsentrasie van ione in oplossing. Hoe hoër die konsentrasie van ione in oplossing is, hoe hoër sal die oplossing se geleidingsvermoeë wees. Temperatuur. Hoe warmer die oplossing is, hoe hoër is die oplosbaarheid van die stof wat opgelos word, en dus hoe hoër is die geleidingsvermoeë ook Ekperiment : Elektriese geleidingsvermoeë Doel: Om die elektriese geleidingsvermoeëns van verskillende stowwe en oplossings te ondersoek. Gereedskap: Soliede sout (NaCl) kristalle; verskillende vloeistowwe soos gedistilleerde water, kraanwater, seewater, benseen en alkohol; oplossings van soute (bv. NaCl, KBr); 'n oplossing van 'n suur (bv. HCl) en 'n oplossing van 'n basis (bv. NaOH); itsselle; ammeter; geleidingsdraad, kaaimanklemme ("crocodile clips") en 2 koolstofstaes. Metode: Stel die eksperiment op deur die stroombaan te verbind soos in die diagram hieronder. In die diagram stel 'X' die stof of oplossing wat jy gaan toets, voor. Wanneer jy die soliede kristalle gebruik, kan die kaaimanklemme direk aan die ente van die kristal vasgeheg word. Wanneer jy die oplossings gebruik, word die twee koolstofstaes binne-in die vloeistof geplaas en die kaaimanklemme aan die ente van die staes vasgeheg. Voltooi die stroombaan vir elke geval en laat die stroom toe om te vloei vir omtrent 30 sekondes. Neem waar of die ammeter 'n lesing toon.

7 OpenStax-CNX module: m Figure 3 Resultate: Skryf jou waarnemings in 'n tabel soortgelyk aan die een hieronder neer: Toetsstof Ammeter lesing Table 1 Wat het jy opgelet? kan jy hierdie waarnemings verduidelik? Onthou dat, vir elektrisiteit om te vloei, moet daar 'n beweging van gelaaide partikels wees, bv. ione. Met die soliede NaCl kristalle was daar geen elektrisiteitsvloei wat opgetel is deur die ammeter nie. Alhoewel die soliede stof bestaan uit ione, word hulle baie styf bymekaar gehou binne-in die kristalrooster en daarom kan daar nie 'n stroom vloei nie. Gedistilleerde water, benseen en alkohol gelei ook nie, want hulle is kovalente verbindings en bevat daarom nie ione nie. Die ammeter moes 'n stroom opgetel het toe die soutoplossings en die suur en basis oplossings in die stroombaan verbind is. In oplossings dissosieer soute na hulle ione, wat dan vry is om te beweeg in die oplossing. Sure en basisse tree op soortgelyke wyse op en dissosieer om hidronium en oksonium ione te vorm. Kyk na die volgende voorbeelde: KBr K + + Br NaCl Na + + Cl HCl + H 2 O H 3 O + + Cl NaOH Na + + OH Gevolgtrekkings: Oplossings wat vry-bewegende ione bevat kan elektrisiteit gelei as gevolg van die beweging van gelaaide partikels. Oplossings wat nie vry-bewegende ione bevat nie gelei nie elektrisiteit nie. note: Geleidingsvermoeë in strome en riviere word beïnvloed deur die geologie van die area waardeur die water vloei. Strome wat deur areas met graniet-rotsbodems vloei is geneig om 'n laer geleidingsvermoeë te hê, want graniet bestaan uit stowwe wat nie ioniseer wanneer dit in water ingespoel word nie. Aan die ander kant, strome wat deur areas met kleigrond vloei is geneig om 'n hoër geleidingsvermoeë te he, want die stowwe ioniseer wanneer dit in water ingespoel word. Besoedeling kan ook 'n eek op geleidingsvermoeë hê. 'n Stukkende rioolsisteem of 'n instroming van kunsmis-afvoer sal die geleidingsvermoeë verhoog, as gevolg van die teenwoordigheid van chloried, fosfaat en nitraat ione, terwyl 'n oliestorting (nie-ionies) die geleidingsvermoeë sal verlaag. Dit is baie belangrik dat die geleidingsvermoeë binne sekere aanvaarbare perke gehou word, sodat die organismis wat in hierdie watersisteme kan oorleef.

8 OpenStax-CNX module: m Tipes reaksies Ons gaan kyk na drie tipes reaksies wat in waterige oplossings plaasvind: neerslagreaksies, suur-basis reaksies en oksidasie-reduksie reaksies. Neerslag- en suur-basis reaksies word ook soms ioonuitruilingsreaksies genoem. Oksidasie-reduksie reaksies, of redoksreaksies, is elektronoordragreaksies. Dit is belangrik om die verskil tussen hierdie twee tipes reaksies te onthou. In ioon-uitruilingreaksies word ione uitegruil; in elektronoordragreaksies word elektrone oorgedra. Hierdie terme sal verder verduidelik word in die volgende afdelings. Ioonuitruilingsreaksies kan voorgestel word deur: AB (aq) + CD (aq) AD + CB (7) Beide AD en CB kan 'n vaste stof of 'n gas wees. Wanneer 'n vaste stof vorm staan dit bekend as 'n neerslagreaksie. As 'n gas gevorm word, kan dit 'n gasvormende reaksie genoem word. Suur-basis reaksies is 'n spesiale soort ioonuitruilingsreaksies en ons gaan hulle apart behandel. note: Ioonuitruilingsreaksies word gebruik in ioonuitruilingschromatograe. Ioonuitruilingschromatograe word gebruik om water te suiwer en as 'n manier om water sag te maak. Wanneer chemici praat van ioonuitruiling, bedoel hulle gewoonlik ioonuitruilingschromatograe. 5.1 Neerslagreaksies Partykeer kan ione in oplossing met mekaar reageer om 'n nuwe stof, wat opnoplosbaar is, te vorm. Dit word 'n neerslag genoem. Denition 6: Neerslag 'n Neerslag is die onoplosbare vaste stof wat vanuit 'n oplossing vorm, deur 'n chemiese reaksie Demonstrasie : Die reaksie van ione in oplossing Gereedskap en materiale: 4 proefbuise; koper(ii)chloried oplossing; natriumkarbonaat oplossing; natriumsulfaat oplossing Figure 4 Metode: 1. Berei 2 proefbuise, met ongeveer 5 ml verdunde koper(ii)chloried oplossing in elk, voor 2. Berei 1 proefbuis, met 5 ml natriumkarbonaat oplossing, voor 3. Berei 1 proefbuis, met 5 ml natriumsulfaat oplossing, voor 4. Skink die natriumkarbonaat oplossing versigtig in een van die proefbuise wat koper(ii)chloried bevat en neem waar wat gebeur 5. Skink die natriumsulfaat oplossing versigtig in die tweede proefbuis wat koper(ii)chloried bevat en neem waar wat gebeur Resultate: 1. 'n Ligte blou neerslag vorm wanneer natriumkarbonaat met koper(ii)chloried reageer

9 OpenStax-CNX module: m Geen neerslag vorm wanneer natriumsulfaat met koper(ii)chloried reageer nie Dit is belangrik om te verstaan wat gebeur het in die vorige demonstrasie. Ons gaan kyk na wat in elke reaksie gebeur, stap vir stap. 1. Reaksie 1: Natriumkarbonaat reageer met koper(ii)chloried. Wanneer hierdie verbindings reageer, is 'n paar ione teenwoordig in die oplossing: Cu 2+, Cl, Na + and CO 3 2. Omdat daar baie ione in die oplossing is, sal hulle met mekaar bots, wat kan veroorsaak dat hulle in verskillende maniere herverbind. Die produk wat vorm kan onoplosbaar wees, in welke geval 'n neerslag sal vorm, of die produk kan oplosbaar wees, in welke geval die ione weer in oplossing sal gaan. Kom ons kyk hoe die ione in hierdie voorbeeld met mekaar kon kombineer: Cu 2+ + CO 3 2 CuCO 3 Cu Cl CuCl 2 Na + + Cl NaCl Na + + CO 3 2 Na 2 CO 3 Die reaksies waar natriumkarbonaat en koper(ii)chloried vorm kan outomaties uitgesluit word, want hierdie was die oorspronklike reagense. Ons weet ook dat natriumchloried (NaCl) oplosbaar in water is, so die oorblywende produk (koperkarbonaat) moet die een wees wat onoplosbaar is. Dit is ook moontlik om op te soek watter soute oplosbaar en watter onoplosbaar is. Deur dit te doen, sal jy sien dat die meeste karbonate onoplosbaar is, en dus moet die neerslag wat in hierdie reaksie vorm CuCO 3 wees. Die reaksie wat tussen die ione in oplossing plaasgevind het, is as volg: 2Na + + CO Cu Cl CuCO 3 + 2Na + + 2Cl 2. Reaksie 2: Natriumsulfaat reageer met koper(ii)chloried. Die ione wat teenwoordig is in die oplossing, is Cu 2+, Cl, Na + and SO 4 2. Die ione bots met mekaar en kan weer verbind in verskillende maniere. Die moontlike kombinasies van die ione is as volg: Cu 2+ + SO 4 2 CuSO 4 Cu Cl CuCl 2 Na + + Cl NaCl Na + + SO 4 2 Na 2 SO 4 As ons opsoek watter van hierdie soute oplosbaar is en watter onoplosbaar is, sien ons dat die meeste chloriede en sulfate oplosbaar is. Dit is hoekom geen neerslag in hierdie tweede reaksie vorm nie. Selfs as die ione herkombineer, gaan hulle dadelik weer terug in oplossing. Die reaksie wat plaasgevind het tussen die ione in oplossing is as volg: 2Na + + SO Cu Cl 2Na + + SO Cu Cl Table 2 wys 'n paar algemene reëls oor die oplosbaarheid van verskillende soute, gebaseer op 'n aantal ondersoeke: Sout Nitrate Kalium, natrium en ammonium soute Oplosbaarheid Almal is oplosbaar Almal is oplosbaar Chloriede Almal is oplosbaar, behalwe silwerchloried, lood(ii)chloried en kwik(ii)chloried continued on next page

10 OpenStax-CNX module: m Sulfate Karbonate Almal is oplosbaar, belawe lood(ii)sulfaat, bariumsulfaat en kalsiumsulfaat Almal is onoplosbaar, behalwe dié van kalium, natrium en ammonium Table 2: Algemene reëls vir die oplosbaarheid van soute 5.2 Hoe om te toets vir algemene ione in oplossing Dit is ook moontlik om toetse te doen om te bepaal watter ione in 'n oplossing teenwoordig is Toets vir 'n chloried Berei 'n oplossing van die onbekende sout met gedistilleerde water voor en voeg 'n klein hoeveelheid silwernitraat oplossing by. As 'n wit neerslag vorm, is die sout óf 'n chloried, óf 'n karbonaat. Cl + Ag + + NO 3 AgCl + NO 3 (AgCl is white precipitate) CO Ag + + 2NO 3 Ag 2 CO 3 + 2NO 3 (Ag 2 CO 3 is wit neerslag) Die volgende stap is om die neerslag met 'n klein hoeveelheid gekonsentreerde salpetersuur te behandel. As die neerslag onveranderd bly, is die sout 'n chloried. As koolstofdioksied gevorm word, verdwyn die neerslag, en die sout is 'n karbonaat. AgCl + HNO 3 (geen reaksie; neerslag bly onveranderd) Ag 2 CO 3 + 2HNO 3 2AgNO 3 + H 2 O + CO 2 (neerslag verdwyn) Toets vir 'n sulfaat Voeg 'n klein hoeveelheid bariumchloried oplossing by 'n oplossing van die sout wat getoets moet word. As 'n wit neerslag vorm, is die sout óf 'n sulfaat, óf 'n karbonaat. SO Ba 2+ + Cl BaSO 4 + Cl (BaSO 4 is 'n wit neerslag) CO Ba 2+ + Cl BaCO 3 + Cl (BaCO 3 is 'n wit neerslag) As die neerslag met salpetersuur behandel word, is dit moontlik om te onderskei tussen 'n sulfaat en 'n karbonaat (soos in die toets vir 'n chloried). BaSO 4 + HNO 3 (geen reaksie; neerslag bly onveranderd) BaCO 3 + 2HNO 3 Ba(NO 3 ) 2 + H 2 O + CO 2 (neerslag verdwyn) Toets vir 'n karbonaat As 'n monster van die droë sout met 'n klein hoeveelheid suur behandel word, is die vorming van koolstofdioksied 'n positiewe toets vir 'n karbonaat. Suur + CO 3 2 CO 2 As die gas deur helder kalkwater geborrel word, en die oplossing word melkerig, is die gas koolstofdioksied. Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O (Dit is die onoplosbare CaCO 3 neerslag wat die kalkwater melkerig laat word.) Toets vir bromiede en jodiede Soos in die geval van die chloriede, vorm bromiede en jodiede ook neerslae wanneer hulle met silwernitraat behandel word. Silwernitraat is 'n wit neerslag, maar die silwerbromied en silwerjodied neerslae is albei liggeel. Om te bepaal of die neerslag 'n bromied of 'n jodied is, gebruik ons chloorwater en koolstoftetrachloried (CCl 4 ). Chloorwater bevry broomgas van 'n bromied en kleur die koolstoftetrachloried 'n rooierige bruin. Chloorwater bevry jodium gas van 'n jodied en kleur die koolstoftetrachloried pers.

11 OpenStax-CNX module: m Neerslagreaksies en ione in oplossing 1. Silwernitraat (AgNO 3 ) reageer met kaliumchloried (KCl) en 'n wit neerslag word gevorm. a. Skryf 'n gebalanseerde reaksie vir die reaksie wat plaasvind. b. Wat is die naam van die onoplosbare sout wat vorm? c. Watter van die soute in hierdie reaksie is oplosbaar? Klik hier vir die oplossing 3 2. Bariumchloried reageer met swawelsuur en vorm bariumsulfaat en soutsuur. a. Skryf 'n gebalanseerde vergelyking vir die reaksie wat plaasvind. b. Vorm daar 'n neerslag gedurende die reaksie? c. Beskryf 'n toets wat gebruik kan word om te toets vir die teenwoordigheid van bariumsulfaat in die produkte. Klik hier vir die oplossing 4 3. 'n Proefbuis bevat 'n helder, kleurlose soutoplossing. 'n Paar druppels silwernitraat oplossing word by die oplossing gevoeg en 'n liggeel neerslag vorm. Watter een van die volgende soute was in die oorspronklike oplossing opgelos? a. NaI b. KCl c. K 2 CO 3 d. Na 2 SO 4 (IEB Vraestel 2, 2005) Klik hier vir die oplossing Ander reaksies in waterige oplossings Daar is baie tipes reaksies wat in waterige oplossings kan plaasvind. In hierdie afdeling gaan ons na twee van hulle kyk: suur-basis reaksies en oksidasie-reduksie reaksies. Hierdie reaksies sal in meer detail in Graad 11 behandel word Suur-basis reaksies Suur-basis reaksies vind tussen sure en basisse plaas. Water 'n 'n sout word gevorm. 'n Voorbeeld van hierdie tipe reaksie is: NaOH (aq) + HCl (aq) NaCl (aq) + H 2 O (l) (8) Oksidasie-reduksie reaksies Oksidasie-reduksie reaksies, of redoksreaksies, behels die uitruiling van elektrone. Een ioon verloor elektrone en word meer positief, terwyl die ander ioon elektrone bykry en meer negatief word. Om te besluit of 'n redoksreaksie plaasgevind het, kyk ons na die ladings van die betrokke atome, ione of molekules. As een van hulle meer positief geword het en die ander een meer negatief geword het, dan het 'n redoksreaksie plaasgevind. 3 See the le at < 4 See the le at < 5 See the le at <

12 OpenStax-CNX module: m Opsomming Die polêre aard van water veroorsaak dat ioniese verbindings maklik in waterige oplossing dissosieer na hul samestellende ione. Ione in oplossing speel 'n aantal rolle. In die menslike liggaam, byvoorbeeld, help ione om die interne omgewing te reguleer (bv. beheer van spierfunksie, regulering van bloed ph). Ione in oplossing bepaal ook die hardheid en ph van water. Die hardheid van water is 'n maatstaf van die mineraalinhoud van water. Harde water het 'n hoë mineraalkonsentrasie en in die algemeen ook 'n hoë konsentrasie metaalione, bv. kalsium en magnesium. Die teenoorgestelde is waar vir sagte water. Geleidingsvermoeë is 'n maatstaf van 'n oplossing se vermoeë om 'n elektriese stroom te gelei. 'n Elektroliet is 'n stof wat vrye ione bevat en wat daarom 'n elektriese stroom kan gelei. Elektroliete kan geklassiseer word as sterk en swak elektroliete, gebaseer op die graad waartoe die stof 'n oplossing ioniseer. 'n Nie-elektroliet kan nie 'n elektriese stroom gelei nie, want dit bevat nie vrye ione nie. Die tipe stof, die konsentrasie van ione en die temperatuur van die oplossing beïnvloed die geleidingsvermoeë. Daar is drie hooftipes reaksies wat in waterige oplossings plaasvind. Dit is neerslagreaksies, suur-basis reaksies en oksidasie-reduksie reaksies. Neerslag- en suur-basis reaksies staan soms as ioonuitruilingsreaksies bekend. Ioonuitruilingsreaksies sluit ook gasvormende reaksies in. 'n Neerslag word gevorm wanneer ione in oplossing met mekaar reageer en 'n onoplosbare produk vorm. Oplosbaarheidsreëls help ons om die neerslag wat gevorm is, te identiseer. 'n Aantal toetse kan gebruik word om te identiseer of sekere anione in 'n oplossing teenwoordig is. 'n Suur-basis reaksie is 'n reaksie waarin 'n suur met 'n basis reageer en 'n sout en water vorm. 'n Oksidasie-reduksie reaksie is 'n reaksie waarin elektrone van een stof na 'n ander oorgedra word. 7 Einde van hoofstuk oefeninge 1. Gee een woord vir elk van die volgende beskrywings: a. die faseverandering van water van 'n gas na 'n vloeistof b. 'n gelaaide atoom c. 'n term wat gebruik word om die mineraalinhoud van water te beskryf d. 'n gas wat vorm wanneer swawelsuur met water reageer Klik hier vir die oplossing 6 2. Pas die inligting in kolom A by die inligting in kolom B deur net die letter (A tot I) langs die vraagnommer (1 tot 7) te skryf. 6 See the le at <

13 OpenStax-CNX module: m Column A Column B 1. 'n Polêre molekule A. H 2 SO 4 2. molekulêre oplossing B. CaCO 3 3. Minerale wat die hardheid van water verhoog C. NaOH 4. Stof wat die waterstooon konsentrasie verhoog D. soutwater 5. 'n Sterk elektroliet E. calcium 6. 'n Wit neerslag F. koolstofdioksied 7. 'n Nie-geleier van elektrisiteit G. kaliumnitraat H. suikerwater I. O 2 Table 3 Klik hier vir die oplossing 7 3. Vir elk van die volgende vrae, kies die regte antwoord van die lys wat verskaf word. a. Watter van die volgende stowwe gelei nie elektrisiteit as 'n vaste stof nie, maar is 'n elektriese geleier wanneer dit gesmelt is? i. Cu ii. PbBr 2 iii. H 2 O iv. I 2 (IEB Vraestel 2, 2003) Klik hier vir die oplossing 8 b. Die volgende stowwe is opgelos in water. Watter een van die oplossings is basies? i. natriumnitraat ii. kalsiumsulfaat iii. ammoniumchloried iv. kaliumkarbonaat (IEB Vraestel 2, 2005) Klik hier vir die oplossing 9 4. Die konsentrasie van hidronium en hidroksiel ione in 'n tipiese monster seewater is 10 8 en 10 6, onderskeidelik. a. Is seewater suur of basies? b. Bereken die ph van hierdie seewater. 5. Drie proefbuise (X, Y en Z) bevat elkeen 'n oplossing van 'n onbekende kalium sout. Die volgende waarnemings is gemaak gedurende 'n praktiese ondersoek om die oplossings in die proefbuise te identiseer: A: 'n Wit neerslag het gevorm toe silwernitraat (AgNO 3 ) by proefbuis Z gevoeg is. B: 'n Wit neerslag het gevorm in proefbuise X en Y toe bariumchloried (BaCl 2 ) bygevoeg is. C: Die neerslag in proefbuis X het opgelos in soutsuur (HCl) en 'n gas is vrygestel. D: Die neerslag in proefbuis Y was onoplosbaar in soutsuur. a. Gebruik die bostaande inligting om die oplossings in elk van die proefbuise X, Y en Z te identiseer. b. Skryf 'n chemiese vergelyking vir die reaksie wat in proefbuis X plaasgevind het voordat soutsuur bygevoeg is. 7 See the le at < 8 See the le at < 9 See the le at <

14 OpenStax-CNX module: m (DoE Voorbeeld Vraestel ) Klik hier vir die oplossing See the le at <