Hoofdstuk 3: Zuren, hydroxiden en zouten 3.1 Zuren Test volgende oplossingen met universeelindicator: natriumchloride (NaCl), waterstofchloride (HCl), waterstofnitraat (HNO 3 ), kopersulfaat (CuSO 4 ), natriumhydroxide (NaOH), kaliumnitraat (KNO 3 ) en diwaterstofsulfaat (H 2 SO 4 ). Bij welke merk je zure kleuromslag?.... Wat hebben de zuren gemeenschappelijk? We zetten ze op een rijtje: H 3 PO 4, HNO 3, H 2 SO 3, H 2 SO 4, HCl:... Het andere deel van de formule noemen we de... De naam van de zuren wordt gevormd door deze twee delen: waterstof, gevolgd door de zuurrest:.... We kunnen zuren indelen in organische en anorganische zuren. Wat is het verschil?:.... Een andere naam voor organische zuren is... Teken de functionele groep van de organische zuren: Anorganische zuren worden verder opgedeeld in binaire en ternaire zuren: Binaire zuren (zuurstofloze zuren): de zuurrest bevat één enkel niet-metaal: Formule Triviale naam Wetenschappelijke naam* Zuurrest Sterkte HCl Zoutzuur Waterstofchloride Chloride Sterk zuur HBr Broomzuur Waterstofbromide Bromide Sterk zuur HI Waterstofjodide Jodide Sterk zuur H 2 S Waterstofsulfide Sulfide Zwak zuur * Wetenschappelijke naam: waterstof + stam niet-metaal + -ide Chemie 4/2 34
Ternaire zuren (oxozuren): de zuurrest bevat een niet-metaal en zuurstof: Formule Triviale naam Wetenschappelijke naam* Zuurrest Sterkte HNO 3 Salpeterzuur Waterstofnitraat Nitraat Sterk HNO 2 Salpeterigzuur Waterstofnitriet Nitriet Zwak H 2 SO 4 Zwavelzuur Waterstofsulfaat Sulfaat Sterk H 2 SO 3 Zwaveligzuur Waterstofsulfiet Sulfiet Matig H 2 CO 3 Koolzuur Waterstofcarbonaat Carbonaat Zwak H 3 PO 4 Fosforzuur Waterstoffosfaat Fosfaat Matig HClO 4 Perchloorzuur Waterstofperchloraat Perchloraat Sterk HClO 3 Chloorzuur Waterstofchloraat Chloraat Sterk HClO 2 Chlorigzuur Waterstofchloriet Chloriet Matig HClO Hypochlorigzuur Waterstofhypochloriet Hypochloriet Zwak * Wetenschappelijke naam: waterstof + stam niet-zuur + -aat (-iet: één O-atoom minder dan aat, hypo-: één O-atoom minder dan iet en per-: één O-atoom meer dan aat) 3.2 Datieve binding Wat is een covalente binding?... Geef een synoniem voor deze soort binding:... Wat wordt hiermee opgebouwd?... Naast deze normale covalente binding bestaat nog iets als een datief covalente binding, eenvoudigweg de datieve binding genoemd. Teken bijvoorbeeld de structuurformule van salpeterigzuur, HNO 3 : Het woord datief wijst erop dat een van beide atomen een volledig elektronenpaar geeft om de atoombinding te maken. Chemie 4/2 35
Nog twee voorbeelden van ionen met een datieve binding: NH 4 + en H 3 O + : 22. Geef de structuurformule van: SO 2, SO 3, H 2 SO 3, H 2 SO 4, H 3 PO 4, H 2 CO 3, H 3 PO 4, HClO, HClO 4. 3.3 Eigenschappen van zuren Bouw een stroomkring met een stroombron, een lamp en water met ingedompelde elektroden. Wat stel je vast?... Voeg een beetje zwavelzuur, salpeterzuur of zoutzuur toe. Wat stel je vast?... Zuren zijn dus goede geleiders voor elektrische stroom. Zuren bevatten in waterige oplossing dus deeltjes die stroom geleiden. Zuren dissociëren (splitsen) namelijk in ionen: Het waterstof-ion heeft als lading +1 en wordt voorgesteld door H +. De lading van de zuurrest is tegengesteld aan het aantal waterstofatomen in het zuur. Voorbeelden: zwavelzuur heeft 2 waterstofatomen, de zuurrest is SO 4 2- ; HCl heeft een waterstofatoom, de zuurrest is dan Cl -. Oplossen in water betekent water toevoegen, dus links voor de pijl van de dissociatievergelijking zet men steeds + H 2 O staat. Elk afgegeven H + -ion zal zich verbinden met water en een oxoniumion vormen: H 3 O +. Zuren met meer dan één waterstofatoom noemen we polyprotische zuren. Zwavelzuur is een voorbeeld van een diprotisch zuur. Fosforzuur is een voorbeeld van een triprotisch zuur. Voorbeelden: HCl + H 2 O H 3 O + + C - H 2 SO 4 + 2 H 2 O 2 H 3 O + + SO 4 2-23. Geef de volledige ionisatievergelijking van de volgende zuren: HNO 3, HBr, H 2 S, HNO 3, H 2 CO 3, H 3 PO 4. 24. Stel de ionisatie van HNO 3 voor met structuurformules. 25. Stel de ionisatievergelijking van water voor (Water reageert met zichzelf). Chemie 4/2 36
3.4 Hydroxiden In een beetje water doen we wat calciumoxide en voegen universeelindicator toe. Wat stel je vast?... Wat betekent dit?... De reactievergelijking is:... Hoe werden hydroxiden vorig jaar gedefinieerd?... Wat is de algemene formule?... We kunnen hydroxiden rechtstreeks uit een voorraadfles nemen (vb. Ca(OH) 2 ) of we bereiden ze door de bovenstaande reactie: metaaloxide + water hydroxide. Hydroxiden zijn ionverbindingen van positieve metaalionen en negatieve hydroxide-ionen. In waterige oplossing dissociëren de ionen. Het vrijkomen van deze hydroxide-ionen is de oorzaak van de basiciteit van de oplossing. Hydroxide-ionen zijn eenwaardig negatieve meeratomige ionen: 26. Zoek de verhoudingsformules van lithiumhydroxide, magnesiumhydroxide en aluminiumhydroxide. 3.5 Zouten We maken een oplossing van natriumhydroxide en voegen universeelindicator toe. Wat merk je?... Druppel per druppel voegen we waterstofchloride-oplossing toe. Wat zie je?... Verwarm enkele druppels van het reactiemengsel. Na het verdampen van de vloeistof blijft er wit poeder over:... De chemische naam van keukenzout is:... De brutoformule is... Er is dus een reactie gebeurd:... Deze proef leert ons dat bij een reactie tussen een zuur en een base, een zout en water wordt gevormd. Dit noemen we een neutralisatiereactie Chemie 4/2 37
Vorig jaar zagen we hoe de verhoudingsformule van een zout wordt opgesteld met behulp van de neutraliteitsregel. Voorbeeld, stel de verhoudingsformule op van calciumcarbonaat en van aluminiumsulfaat. Zouten Zuur Zuurrest Zout HNO 3 NO 3 - H 2 SO 4 SO 4 2- H 3 PO 4 PO 4 3- NaNO 3 Na 2 SO 4 Na 3 PO 4 HCl Cl - NaCl H 2 S S 2- Na 2 S 27. Zoek de verhoudingsformules van bariumsulfaat, natriumcarbonaat, kaliumfosfaat, magnesiumnitraat, aluminiumnitraat, kaliumsulfide, aluminiumcarbonaat, bariumfosfaat, koper(ii)carbonaat en ijzer(iii)sulfaat. 28. Stel de structuurformules voor van het sulfaat-ion, carbonaat-ion, fosfaat-ion en chloraation. 3.6 Zouten in ons dagelijks leven 3.6.1 Keukenzout Het meest bekende zout is keukenzout of... Natriumchloride vindt men in de natuur: ofwel opgelost in zeewater ofwel in kristalvorm in ondergrondse lagen. Zout gewonnen uit zeewater (door verdamping) noemen we zeezout, zout uit mijnen steenzout. In Great Salt Lake en de Dode Zee is het zoutgehalte erg hoog. Hierdoor is de dichtheid van het water heel groot: je kunt er zonder moeite in bovendrijven. 3.6.2 Hard en zacht water Het verschil tussen hard en zacht water is dat in hard water meer zouten opgelost zijn, vooral calcium- en magnesiumzouten. Hard water is er de oorzaak van dat in koffiezetapparaten en wasmachines kalkaanslag verschijnt. Die toestellen moeten dan ook regelmatig ontkalkt worden. De zouten in hard water zorgen ook voor vieze zeepresten in bad. Dat komt omdat zeep Chemie 4/2 38
reageert met calcium- en magnesiumzouten. Er wordt dan een wit, onoplosbaar product gevormd. 3.6.3 Fosfaten In heel wat wasmiddelen komen fosfaten voor omdat het wasgoed daardoor witter lijkt en kalkaanslag vermeden wordt. De keerzijde is echter dat die fosfaten in het rioolwater en onze rivieren terechtkomen. Fosfaten zijn echter ook mest voor planten. Dus ook de algen in de rivieren groeien er sneller door. Maar er sterven dan ook meer algen die rotten en dit veroorzaakt zuurstofgebrek waardoor vissen en andere waterdieren niet kunnen overleven. Fosfaten worden daarom tegenwoordig dikwijls vervangen door zeolieten die eveneens een kalkaanslag vermijden, maar geen witwerking hebben. Om weer witter te wassen, worden dan meer enzymen en andere witmakers toegevoegd. 3.6.4 Andere zouten Er zijn nog heel wat zouten die courant gebruikt worden: Zout Toepassing Natriumchloride NaCl Keukenzout, bewaarmiddel Calciumdichloride CaCl 2 Droogmiddel, strooizout Calciumsulfaat CaSO 4 Pleisterwerk, gipsverband Kaliumchloraat KClO 3 Explosieven, lucifers, vuurwerk Tricalciumdifosfaaat Ca 3 (PO 4 ) 2 Kunstmest Natriumwaterstofcarbonaat NaHCO 3 Maagzout, bakpoeder 2.7 Classificatie van De chemie bestudeert reacties tussen. Dat zijn de chemische eigenschappen van. Daarop steunt de indeling in stofklassen. Welke stofklassen hebben we tot nog toe leren kennen? Een overzicht vind je op de volgende bladzijde. 29. Rangschik onderstaande per stofklasse. Bijvoorbeeld: HCl: samengestelde stof, anorganische stof, moleculeverbinding, binair zuur. CaO, FeS, H 2 SO 3, Al(OH) 3, CH 3 OH, N 2, NO 2, NH 3, KNO 3, Cu, C 6 H 5 COOH, ZnSO 4, C 6 H 14, H 2 O, HBr, S 8, NH 4 Br, Ca 3 (PO 4 ) 2, HgO, (NH 4 ) 2 SO 4, Pb(OH) 2, C 3 H 4, AgCl Chemie 4/2 39
Stof Stofklasse Hoofdgroepen Samenstelling Onderverdeling Detaillering Fe Metaal Enkelvoudige Cl 2 Niet-metaal C 2 H 6 Alkaan Samengestelde C 2 H 4 Alkeen C 2 H 2 Alkyn Organische Koolwater C 2 H 5 OH Alcohol Andere C,H,Overbindingen CH 3 COOH Organisch zuur Water Moleculeverbindingen H 2 O Water Anorganische SO 2 Nietmetaaloxide Niet-metaaloxiden HCl Binair zuur Anorganische H 2 SO 4 Ternair zuren (oxo)zuur NH 3 Ammoniak Ammoniak Na 2 O Metaaloxide Ionverbindingen Metaaloxiden NaOH Hydroxide Hydroxiden NaCl Binair zout Zouten Na 2 SO 4 Ternair zout NH 4 Cl Ammoniumzout Ammoniumzouten Chemie 4/2 40