Syror, Baser och pH-värde – del 1 PDF

Syror, baser och pH-värde – del 1 Niklas Dahrén  Syror och baser BUSA-regeln: Baser Upptar – Syror Avger H+ H...

Syror, baser och pH-värde – del 1 Niklas Dahrén  Syror och baser BUSA-regeln: Baser Upptar – Syror Avger H+ H H SYRA BAS SYROR: Syror avger vätejoner BASER: Baser upptar vätejoner H+ (protoner), vilket ger ett H+ (protoner), vilket ger ett lägre pH-värde. högre pH-värde.  Syror ü Syror kännetecknas av följande: 1. De har förmåga att avge vätejoner, H+ (protoner), vilket leder till en pH-sänkning. 2. De ger upphov till oxoniumjoner i vattenlösningar (när de reagerar med vattenmolekyler). Detta skapar en sur lösning. HCl(g) + H2O Cl-(aq) + H3O+(aq) H2O fungerar som en bas i denna reaktion. H+ En oxoniumjon bildas Syran väteklorid Kvar av syran blir en avger en proton till negativt laddad jon (i det OBS: Vätejonen kallas ofta för en vattenmolekylen här fallet en kloridjon) proton eftersom vätejonen enbart består av en proton (väteatomer har enbart 1 elektron och den finns inte kvar hos vätejonen).  Syror och sura lösningars egenskaper ü Syror ger upphov till sura lösningar: Löser man en syra i vatten så får man en sur lösning (innehåller oxoniumjoner). Det är oxoniumjonerna (H3O+) som ger lösningen sura egenskaper (smakar surt, lågt pH-värde, leder ström, frätande etc.). ü Sura lösningar leder ström: Rena och vattenfria syror leder inte elektrisk ström. Det gör däremot vattenlösningar av syror. I dessa lösningar finns laddade partiklar i form av joner som kan vandra i ett elektriskt fält. Ledningsförmågan påverkas av hur stark syran är (hur bra den är på att avge protoner) och i vilken koncentration den förekommer. ü Syror och sura lösningar är starkt frätande: Många syror är starkt frätande och/eller giftiga. Det är protonen som har den frätande (upplösande egenskapen). När protonen friges kan den reagera med olika ämnen på olika sätt. ü Syror löser upp oädla metaller och ger upphov till vätgas: Lägger man oädla metaller som magnesium, aluminium, järn eller zink i saltsyra så kommer dessa metaller lösas upp (bilda metalljoner som löser sig i vattnet) samtidigt som det bildas bubblor av vätgas. ü Syror löser upp karbonatföreningar och ger upphov till koldioxid: Syror bildar koldioxid i reaktion med karbonatföreningar. Syror reagerar med karbonatjoner CO32- så att dessa bildar gasen koldioxid, CO2. Därför kan man utnyttja syror till att avlägsna kalkbeläggningar, dvs. beläggningar av kalciumkarbonat CaCO3. Vad krävs för att ett ämne ska kunna vara en syra? 1. Måste innehålla minst en väteatom. 2. Väteatomen (eller egentligen väteprotonen) måste sitta tillräckligt löst (t.ex. genom att den binder till en elektronegativ atom och/eller en atom med stor radie). 3. Den negativa jon som bildas från syran måste vara tillräckligt stabil (så att den inte tar tillbaka protonen). Syror: Ej syror: HNO3 CH4 HCl H2 H2SO4 O2 H2O (svag syra) CO2 HClO4 NaCl HBr C 2 H6  Protolysreaktioner (syra-basreaktioner) ü Protolysreaktion: En protolysreaktion är en kemisk reaktion som innebär att en eller flera protoner (H+) avges av en syra och upptas av en bas (en protonöverföring sker alltså). När en syra har avgett en eller flera protoner säger man att den är protolyserad och när en bas har upptagit en eller flera protoner säger man att den är protonerad. ü Väteklorids protolysreaktion i en vattenlösning: H2O fungerar som en HCl(g) + H2O Cl-(aq) + H3O+(aq) bas i denna reaktion. Vattenlösningen med protolys- H+ produkterna av väteklorid (oxoniumjoner och kloridjoner) kallas för saltsyra ü Vi kan även skriva protolysreaktionen i en vattenlösning på ett förenklat sätt (vi bortser från vattenmolekylen): H2O HCl(g) H+(aq) + Cl-(aq)  Starka och svaga syror ü Starka syror: § Har stor förmåga att avge protoner och är fullständigt protolyserade i vattenlösningar. § Protonen sitter väldigt löst (lossnar lätt) eftersom den t.ex. binder till en elektronegativ atom som drar åt sig bindningselektronerna. § Den negativa jon som bildas är mycket stabil (energifattig) och kommer därför inte ta tillbaka protonen. ü Svaga syror: § Kan avge protoner, men är inte lika bra på det som starka syror. Ofullständigt/delvis protolyserade i vattenlösningar. § Protonen sitter fast relativt hårt och/eller den negativa jon som bildas är relativt ostabil (energirik) och tar därför gärna tillbaka protonen igen. Starka syror: Svaga syror: Salpetersyra Citronsyra Saltsyra (väteklorid) Kolsyra Svavelsyra Ättiksyra  Protolys av svaga resp. starka syror Protolys av en stark syra (väteklorid/saltsyra): Protolys av en svag syra (ättiksyra): HCl(g) + H2O H3O+(aq) + Cl-(aq) CH3COOH + H2O H3O+(aq) + CH3COO-(aq) Väteklorid Oxoniumjon Kloridjon Ättiksyra Oxoniumjon Acetatjon ü Starka syror är fullständigt protolyserade: Om vi blandar vätekloridmolekyler med vatten så kommer, efter en viss tid, alla vätekloridmolekyler ha protolyserats. Reaktionen har enbart gått i en riktning. Man säger därför att väteklorid och andra starka syror är fullständigt protolyserade i vattenlösningar. ü Svaga syror är ofullständigt protolyserade: Om vi blandar ättiksyramolekyler med vatten så kommer efter en viss tid bara en mindre andel ättiksyramolekyler ha protolyserats (en stor andel av molekylerna har nämligen tagit tillbaka sin proton eller överhuvudtaget aldrig släppt iväg den). Reaktionen har gått i båda riktningarna. Man säger därför att ättiksyra och andra svaga syror är ofullständigt eller delvis protolyserade i vattenlösningar. HCl är en stark syra medan HAc (CH3COOH) är en svag syra 6 molekyler HCl i 6 molekyler CH3COOH vattenlösning i vattenlösning H3O+ CH3COOH CH3COO- H3O+ Cl- Cl- Cl- CH3COOH H3O+ H3O+ H3O+ H3O+ Cl- Cl- CH3COO- H3O+ H3O+ CH3COOH Cl- CH3COOH HCl protolyseras fullständigt CH3COOH protolyseras ofullständigt (reaktionen går bara åt ett håll) (reaktionen går i båda riktningarna)  Baser ü Baser kännetecknas av följande: 1. De har förmåga att uppta vätejoner, H+ (protoner), vilket leder till en pH-ökning. 2. De ger upphov till hydroxidjoner i vattenlösningar (när de löses i vatten eller reagerar med vattenmolekyler). Detta skapar en basisk lösning. En hydroxidjon bildas NH3 + H2O NH4+(aq) + OH-(aq) H2O fungerar som en syra i denna reaktion. H+ OBS: Vätejonen kallas ofta för Basen ammoniak Basen blir ofta en positivt upptar en proton av laddad jon (i det här fallet en en proton eftersom vätejonen vattenmolekylen ammoniumjon). Är dock enbart består av en proton basen redan negativt laddad (väteatomer har enbart 1 så bildas ett neutralt ämne. elektron och den finns inte kvar hos vätejonen).  Baser och basiska lösningars egenskaper ü Baser ger upphov till basiska lösningar: Löser man en bas i vatten så får man en basisk lösning (innehåller hydroxidjoner). Det är hydroxidjonerna (OH-) som ger lösningen basiska egenskaper (känns hala/tvålliknande, leder ström, högt pH-värde, frätande etc.). ü Basiska lösningar leder ström: Rena och vattenfria baser leder inte elektrisk ström. Det gör däremot vattenlösningar av baser. I dessa lösningar finns laddade partiklar i form av joner (t.ex. hydroxidjoner) som kan vandra i ett elektriskt fält. Ledningsförmågan påverkas av hur stark baser är (hur bra den är på att uppta protoner) och i vilken koncentration den förekommer. ü Baser och basiska lösningar är starkt frätande: Många baser är starkt frätande och/eller giftiga. Om du får en bas på handen så känns den tvålig, det beror på att basen löser upp fettet i huden via basisk esterhydrolys så att det bildas fettsyror (ungefär samma som finns i tvål). På samma sätt används starka baser vid tvåltillverkning. Det är hydroxidjonerna som har den frätande (upplösande egenskapen). Hydroxidjonen kan reagera med olika ämnen på olika sätt. När du arbetar med baser ska du alltid bära skyddsglasögon då baser otroligt snabbt kan förstöra ögonen, även i mindre koncentrationer.  Vad krävs för att ett ämne ska kunna vara en bas? 1. Måste innehålla en atom med ett fritt elektronpar (som kan ta emot och binda protonen). 2. Den protonbindande atomen måste ha relativt liten radie så att protonen attraheras tillräckligt mycket till det fria elektronparet. 3. Många baser, men dock inte alla, innehåller en fullständig negativ laddning (t.ex. negativt laddade joner som karbonatjonen eller hydroxidjonen) vilket innebär att de blir extra bra på att attrahera en positivt laddad proton. Exempel på olika baser: Jonföreningar som innehåller hydroxidjoner (OH-), t.ex. NaOH, : : : : KOH och CaOH2. : : NH3 (ammoniak) Karbonatjonen är en bas eftersom den innehåller syreatomer som är bra på att attrahera protoner Jonföreningar som innehåller eftersom de har fria elektroner, en liten radie och karbonatjoner (CO32-), t.ex. dessutom ett elektronöverskott (minusladdade). CaCO3 och NaCO3.  Starka och svaga baser ü Starka baser: § Stor förmåga att uppta och hålla kvar protoner. Fullständigt protonerade i vattenlösningar. § Är mycket bra på att attrahera protoner p.g.a. en kombination av minst ett fritt elektronpar, liten radie och ofta en fullständig negativ laddning. § Det ämne som bildas är mycket stabilt (energifattigt) och kommer därför inte släppa protonen igen. ü Svaga baser: § Kan uppta och hålla kvar protoner, men är inte lika bra på det som starka baser. Delvis protonerade i vattenlösningar. § Är inte lika bra på att attrahera protoner och/eller det ämne som bildas är relativt ostabilt (energirikt) och kommer därför kunna släppa protonen igen. Starka baser: Svaga baser: § Jonföreningar som § NH3 (ammoniak) innehåller hydroxidjoner § Jonföreningar som (OH-), t.ex. NaOH, KOH och innehåller karbonatjoner CaOH2. (CO32-), t.ex. CaCO3 och NaCO3.  Natriumhydroxid är en mycket stark bas ü Natriumhydroxid är en jonförening som innehåller natriumjoner och hydroxidjoner och ger därför upphov till hydroxidjoner i vattenlösningar (när natriumhydroxiden löser sig i vattnet): NaOH(s) Na+(aq) + OH-(aq) ü Hydroxidjonerna i natriumhydroxiden har stor förmåga att uppta vätejoner, H+ (protoner), eftersom de är negativt laddade: NaOH(aq) + HNO3(aq) NaNO3(aq) + H2O H+ OBS: Vätejonen kallas ofta för en proton eftersom vätejonen ü Vi kan förenkla ovanstående reaktion: enbart består av en proton (väteatomer har enbart 1 elektron och den finns inte OH-(aq) + H+(aq) H 2O kvar hos vätejonen). Se gärna fler filmer av Niklas Dahrén: http://www.youtube.com/Kemilektioner http://www.youtube.com/Medicinlektioner