Hoofdstuk 3, 4 en 7

Additiereactie

Bij een reactie tussen hexeen en broom springt de C=C binding open. Aan het molecuul wordt op die manier iets toegevoegd. Zo’n reactie heet een additiereactie. Additie betekent ‘toevoeging’. Ook andere stoffen zoals H₂, Cl₂, en I₂ kunnen aan een alkeen adderen. Bij een additiereactie springt het tweede elektronenpaar van de dubbele binding open; aan elk van de twee koolstofatomen van de C=C zal zich een atoom binden. De reactie tussen etheen en broom kun je als volgt weergeven.

Er kan ook een additiereactie optreden met water H₂O. Bij H₂O is het handig om het molecuul te schrijven als H-OH. Het ene C atoom van de C=C groep bindt dan het H atoom; en het andere C atoom de OH groep.

Zouten

Zouten bestaan uit ionen. In de vast stof zijn de ionen op een vaste plaatst gerangschikt. Als een zout in water oplost verlaten de ionen hun vaste plaats. De ionen komen los van elkaar in de vloeistof. Het zijn dan vrije ionen geworden. Dat kun je als volgt in een vergelijking weergeven:

Ca²⁺Cl^- àCa²⁺­­_(aq)2Cl^-_(aq)                                            ßCalciumChloride oplossing

Door de vrije ionen in een oplossing kan die oplossing stroom geleiden. Hoe meer vrijde ionen in de oplossing hoe beter die stroom kan geleiden. In tabel 45A van je Binas kun je opzoeken of een zout oplost in water.

Het omgekeerde van oplossen is indampen. Wanneer je een oplossing van een zout verwarmt verdampt het water en blijft het zout achter.

 Ca²⁺_(ag)Cl^-_(aq) àCa²⁺Cl^-₂(s)

De ionen die in de oplossing los van elkaar kunnen bewegen, gaan op een vaste plaats zitten. Je zegt ook wel: ‘Het zout kristalliseert uit’.

Als je twee zoutoplossingen bij elkaar voegt, kan er een zout ontstaan dat slecht in water oplost. De vaste stof die ontstaat, is verspreid door de vloeistof. Er ontstaat een suspensie. Als je de suspensie laat staan dan zakt naar loop van tijd de vaste stof naar de boden. We zeggen dan dat er een neerslag is ontstaan. Het ontstaan van een neerslag is een chemische reactie. In de zoutoplossingen waarmee je begint, zijn de ionen los van elkaar. Door de twee oplossingen bij elkaar te doen, ontstaat een nieuwe combinatie van ionen waaruit een zout ontstaat dat slecht in water oplost.

Je kunt tabel 45A op twee manieren gebruiken.

-          Je kunt ermee nagaan of een zout in water oplosbaar is. Als je wilt weten of koperhydroxide in water oplost, kijk je bij de combinatie van Cu²⁺ en OH^-. Daar staat een ‘s’. Dat betekend dat het slecht oplosbaar is

-          Je kunt ermee nagaan of een neerslag ontstaat als je twee zoutoplossingen bij elkaar doet

Om te zien welke ionen samen een neerslag vormen is het handig om alle ionen in een tabel te zetten. Als je oplossingen van calciumchloride en natriumcarbonaat bij elkaar voegt, kun je de ionen als volgt in een tabel zetten:

Dan kun je in de tabel zetten of de zouten die door de combinaties ontstaat, wel of niet oplosbaar zijn. Bij de goed oplosbare combinatie zet je een ‘g’ bij de slecht oplosbare combinatie een ‘s’

Je kunt een neerslagreactie ook schematisch weergeven. Je gebruikt dan bolletjes met de folmules van de losse ionen daarin.

Hoe stel je een neerslagreactie op

1. Schrijf op welke ionen in de oplossingen voorkomen.
2. Ga na welke combinatie van ionen een slecht oplosbaar zout oplevert. Gebruik tabel 45A van je Binas. Zet een lijn tussen de ionen die een neerslag vormen. Zet een stippellijn tussen de ionen die geen neerslag vormen.
3. Schrijf, als een neerslag ontstaat, de reactievergelijking op. Voor de pijl staan de ionen die verdwijnen en achter de pijl de formule van de neerslag. Denk aan de coëfficiënten.

Voorbeeld:

We voegen oplossingen van loodnitraat en natriumjodide bij elkaar.

-          Pb²⁺(aq) en NO₃^-(aq)

Na⁺(aq) en I^-(aq)

-          Pb²⁺(aq) en NO₃^-(aq)

Na⁺(aq) en I^-(aq)

-          Pb²⁺(aq)+ I^-(aq) àPb²⁺I^-₂(s)

Als je ionen uit een oplossing wilt verwijderen, moet je dat als volgt doen.

1. Voeg een zoutoplossing toe waarin ionen aanwezig zijn die samen met de ion soort die je wilt verwijderen een neerslag vormen
2. Filtreer het ontstane mengsel. De ionsoort die uit de oplossing verwijderd moet worden, blijft in het gevormde neerslag op het filtreerpapier achter.

Zuren en Basen

De pH van een stof ligt tussen de 0 en de 14, wanneer een oplossing kleiner is dan 7 dan is het een zuur. Is de oplossing groter dan 7 dan is het een basische oplossing, wanneer de oplossing 7 is dan is het een neutrale oplossing. In de praktijk zeggen we dat een oplossing neutraal is als het tussen de 6 en de 8 ligt. Een oplossing is erg agressief als het kleiner dan 2 is of groter dan 12 is.

Je kunt een zure oplossing verdunnen dan zal de pH naar boven gaan, wanneer je een basische oplossing verdund dan gaat de pH naar beneden.

De H⁺ is verantwoordelijk voor de zure eigenschappen. Dat blijkt voor alle zure oplossingen te gelden.

Als een zuur in water wordt opgelost, ontstaan H⁺ ionen en zuurrestionen. Hieronder staan een aantal zuren die voor ons belangrijk zijn. Je moet de namen en formules kennen!

-          HCl                         Waterstofchloride

-          CH₃COOH           Ethaanzuur

-          HNO₃                    Salpeterzuur

-          H₂CO₃                   Koolzuur

-          H₂SO_{4­­­­­­­­­}                   Zwavelzuur

-          H₃PO₄                   Fosforzuur

Bij carbonzuur, zoals ethaanzuur, kan alleen de carboxylgroep, COOH, een H⁺ ion afsplitsen

Zure oplossingen bevatten H⁺(aq) ionen.

Zuren zijn deeltjes die een H⁺ ion kunnen afstaan

In waterstofchloride zijn H⁺(aq) en Cl^-(aq) aanwezig. De stof kan maar 1 H⁺ atoom afstaan. De reactie geef je als volgt weer:

HCl(g) à H⁺(aq)+Cl^-(aq)

De notatie van deze oplossing is:

H⁺(aq) + Cl^-(aq).

Een molecuul zwavelzuur, H­­₂SO₄ , kan je twee H⁺ ionen afsplitsen. Dat geef je als volgt weer:

H₂SO₄(l) à2H⁺(aq) + SO₄^2-(aq)

De notatie van deze oplossing is:

2H⁺(aq) + SO₄^2-(aq).

Een basische oplossing moet ontstaan zijn, als je een base in water brengt. In een basische oplossing is dus een base aanwezig. Hieronder staan een aantal base die voor ons belangrijk zijn. Je moet de namen en formules kennen!

-          OH^-                        Hydroxide

-          HCO₃^-                   Waterstofcarbonaat

-          CH₃COO^-             Ethanoaat

-          NH­₃                       Oxide

-          CO₃^2-                     Carbonaat

Als je een oplosbaar oxide aan water toevoegt, ontstaat een basische oplossing; de pH is dan groter dan 7. O^2- is dus een base en moet dus een H⁺ opgenomen hebben. De reactie die optreedt kun je als volgt weergeven:

O^2- + H₂O à 2 OH^-

De zuurgraad van een oplossing wordt bepaald door de concentratie van H⁺ ionen. De concentratie is de hoeveelheid stof per volume. We drukken concentratie meestal uit in mol L^-1. De concentratie kun je verkort noteren met vierkante haken. Bijvoorbeeld als de concentratie van H⁺ ionen 0,10 mol is in 1,0 liter, noteer je dit als [H⁺] = 0,10 mol L^-1.

De pH berekenen

1. Bereken de concentratie H⁺(aq) in mol per liter
2. Bereken de pH met behulp van je rekenmachine pH = -log[H⁺]

Om hanteerbare getallen te krijgen heeft men de pH als volgt gedefinieerd:

pH = -log[H⁺] of als [H⁺] = 10^-pH

de term ‘log’ staat voor een wiskundige bewerking, die je met behulp van je rekenmachine kunt uitvoeren. Als dus de pH gevraag wordt, moet je de [H⁺] berekenen en dan je rekenmachine gebruiken.

Bereken de pH van een zure oplossing die 1,20 x 10^-3 mol H⁺(aq) in 300mL bevat.

Hieruit bereken je [H⁺] = 4,00 x 10^-3

pH = -log(4,00 x 10^-3)

pH = 2,40

De berekening van de [H⁺] uit de pH

Je moet nu het omgekeerde berekenen: vanuit een gegeven pH de [H⁺] van de oplossing. Je moet dan ook de omgekeerde berekening van de log uitvoeren. Dat kan door de knop die op je rekenmachine hiervoor bedoeld is te gebruiken. Afhankelijk van je rekenmachine is dat de knop 2ND.

Voorbeeld:

De pH van zoutzuur is 4,90. Wat is [H⁺] in deze oplossing? Als je de definitie gebruikt [H⁺]=10^-pH kun je dat op je grafische rekenmachine als volgt oplossen:

10˄-4,90 of 2ND log(-4,90)             (afgerond) [H⁺] = 1,3 x 10^-5 mol L^-1

Als je een zure oplossing tienmaal verdunt, maak je het volume 10x zo groot, dat doe je bijvoorbeeld door aan 10 mL van deze zure oplossing 90 mL water toe te voegen. De oplossing wordt dan minder zuur; de pH stijgt dus.

Basegraad, pOH

Net als zuurgraad bestaat er een basegraad. Deze basegraad blijkt af te hangen van de concentratie van de base [OH^-]. Hoe groter de concentratie van de [OH^-] ionen is, hoe basischer de oplossing is. De pOH is als volt gedefinieerd:

pOH = -log[OH^-] en [OH^-] = 10^-pOH

hiermee moet je bij een gegeven [OH^-] een pOH kunnen uitrekenen en andersom. Deze berekening gaan op dezelfde manier als bij de pH.

Voorbeeld:

Bereken de pOH van natronloog, waarbij 0,025 mol [OH^-] per liter is opgelost.

Dus [OH^-] = 0,025 mol L^-1

Dus pOH = -log 0,025 = 1,60

Of omgekeerd

Een basische oplossing heeft een pOH van 3,5.

Bereken [OH^-] in deze oplossing.

Je gebruikt nu de definitie [OH^-] = 10^-pOH

Dus [OH^-] = 10^-3,5

Hieruit bereken je [OH^-] = 3,2 x 10^-4

Het verband tussen pH en pOH is pH + pOH = 14

Hoe bereken je [OH-] of [H+] uit de PH?

- Kijk of je de [OH-] of [H+] moet berekenen.

- Als de PH groter is dan 7 moet je eerst de POH

uitrekenen. 

- Vervolgens gebruik je deze formule: [OH-] = 10-POH

Voorbeeld:

Bereken de [OH^-] van een oplossing met pH = 9,80

-          De pH is groter dan 7. De oplossing is dus basisch. Je moet dan [OH^-] uitrekenen

-          De pOH is 14,00 – 9,80 = 4,20

-          [OH^-] = 10^-4,20 = 6,31 x 10^-5 mol L^-1

Zuren kunnen H⁺ ionen afstaan.

Basen kunnen H⁺ ionen opnemen.

Hoe stel je een zuur-base reactie op?

- Wat zijn de formules van de gegeven stoffen?

- Welke deeltjes zijn aanwezig?

- Zoek het zuur en de base op.

- Stel de reactie vergelijking op.

In de praktijk:

Geef de vergelijking voor de reactie van

fosforzuuroplossing met natronloog.

- Fosforzuuroplossing = H­₃PO₄

Natronloog = NaOH

- Fosforzuuroplossing = H⁺ (aq) en PO₄^3-

(aq)

Natronloog = Na⁺ (aq) en OH^-

(aq)

- Zuur is de H⁺ (aq) en de base is OH^-

(aq)

H²O(l)à- H⁺ (aq) + OH^- (aq) 

Als je een base bij een zure oplossing doet reageert de base met H+ ionen uit ze zure oplossing. De pH van de zure oplossing zal dus stijgen. Je kunt een zure oplossing dus met een basische oplossing neutraliseren.