1. Definities

Definities volgens Brønsted:
ZUUR:
een stof die H+-ionen kan afstaan

BASE:
een stof die H+-ionen kan opnemen


Definities volgens Lewis:
ZUUR:
een stof die zijn aantal vrije elektronenparen kan laten toenemen, daar plaats voor heeft.
een struktuur dus die gebrek heeft aan (vrije) elektronenparen.

BASE:
een stof die (meer dan) voldoende vrije elektronenparen bezit en die ter beschikking kan stellen.



Opdracht 4
Leg het karakter uit van de deeltjes HCL en NH3 vanuit de bovenstaande definities.

Opdracht 5
Uitgaande van de gegevens die volgen moet je proberen uit te leggen waarom tanden en kiezen meer resistent zijn tegen zuren na behandeling met fluor(ide).


1.1 Neutralizeren

Opdracht 6
Kies het juiste antwoord en leg je keuze uit.
    Een oplossing van 25oC met pH = 7
  1. bevat geen zouten
  2. Bevat gelijke hoeveelheden H+ en OH-
  3. bevat geen H+ en geen OH-
  4. bevat geen zuur of base
Antwoord

Als zuren met basen reageren spreken we van "neutralizatie" (bij echte neutralizatie voegen we gelijke (equivalente) hoeveelheden van beiden samen). Neutralizatie is dus altijd een zuur-base reakte met overdracht van protonen (ionen H+).

Protonen zijn niet los verkrijgbaar.

Ze zitten altijd vast aan een of ander deeltje, maar kunnen dus wel overgedragen worden, maar niet op afstand. Alleen als een zuur en een base elkaar raken, kan zo'n proton worden overgedragen.

Zuren geven dus H+ af. We kunnen dat konstateren, maar dit verschijnsel heeft een oorzaak. Waarom geven zuren waterstofionen af? Kun je aan de struktuur zien of het mogelijk is H+ af te staan?

Opdracht 7
  1. Zal de volgende stof een zuur zijn of niet? ofwel, zal het deeltje in staat zijn protonen af te staan?
  2. Probeer in je antwoord ook het polaire karakter van de bindingen in het molekuul mee te nemen
CH4
H2S
NH3
H2O
HCOOH
HCl
HCN
    H
    |
H - C - H
    |
    H 		   H
  /
 S
  \
   H 		H   H
 \ /
  N
  |
  H 		H
 \
  O
  |
  H 		      OH
     /
H - C = 0		 H - Cl H - C ≡ N
Antwoord


Het H+-ion kan tevoorschijn komen uit een stevig polaire binding met daarin Hδ+-atomen; voorwaarde is ook dat er binnnen de struktuur afstotende krachten bestaan tussen dieHδ+ en een ander positief geladen atoom in de buurt.
Apolaire bindingen doen veelal niet mee met een zuur-base reaktie.


1.2 Types van zuren

  1. Organische Zuren
    Daar zijn er heel wat van en de belangrijkste in deze cursus zijn die met een carboxylgroep (de alkaanzuren). Fenol is een ander soort organisch zuur. We zullen het hebben over carboxylzuren, aminozuren, vetzuren en fenol, maar ook over de basen. Veel meer over dit onderwerp is te vinden in de module 12, Organische Reakties.
    Hier alleen maar wat opdrachten

    Opdracht 8
    Kijk goed naar de struktuur van een carboxylgroep. Wat zou de oorzaak zijn van het zure karakter van deze groep?

    Opdracht 9
    De carboxylgroep is niet zo'n sterk zuur. Vergelijken we metaanzuur met trichloormetaanzuur, kunnen we noteren dat de laatste een stuk sterker is.
    Leg dat verschijnsel uit.

    Fenol (benzeen met een hydroxylgroep OH-) is een vloeistof met een zwak zuur karakter. Hydroxylgroepen vinden we meestal bij alkoholen en zijn normaal helemaal niet zuur van karakter. Maar die van fenol is in staat H+ van die hydroxylgroep af te geven. Dit bijzondere feit is te danken aan de aanwezigheid van die benzeenring (met de zes vrije elektronen in de ring). De afwezigheid van dat proton, en dus de aanwezigheid van O-, versterkt alleen maar de vrijheidsgraad van deze elektronen wat het geheel nog stabieler maakt dan het al was. Afsplitsing van H+ versterkt dus de stabiliteit van de struktuur, vandaar dat (zwak) zure karakter.


    of

    Fenol fenolaat + H+


    Het extra elektron van fenolaat gaat meedoen in de vrije beweging van de zes elektronen van de ring en stabilizeert zo het fenolaat.

  2. Oxy-zuren
    De oxy-zuren worden gevormd - in het algemeen - uit het bijbehorende oxide met water.
    Voorbeeld: P2O5 + 3H2O → 2H3PO4

    Let op: Het betreft hier reakties waarbij het oxidatiegetal niet verandert.

    Opdracht 10
    Geef de reaktievergelijkingen van de vorming van de volgende zuurstofhoudende zuren: zwavelzuur, koolzuur, hyperchloorzuur, permangaanzuur.

    Het merendeel van deze oxides komen van de niet-metalen (niet alle!!).

  3. Waterstofzuren (zuurstofloos)
    Deze vormen zich direct uit een element (meestal een niet-metaal) met waterstof.
    Het bekende voorbeeld is Chloor met Waterstof: Cl2(g)+ H2(g) → 2HCl(g)

    Een bijzonder voorbeeld van zo'n waterstofzuur: HCN

    Opdracht 11
    Kijkend naar de niet-metalen komen we tot de volgende waterstofzuren: HCl, HBr, HI, H2S, HF. Let op: er zijn méér bindingen tussen waterstof en de niet-metalen, zoals H2O e NH3.
    Leg het karakter van deze stoffen uit wat betreft hun zuur of basisch zijn.

  4. Kationzuren
    Bepaalde meerwaardig positieve ionen (2+ en 3+) hebben de eigenschap om watermolekulen sterk aan te trekken. Ze worden gehydrateerd, zeggen we dan. Er is een sterke aantrekking op de negatieve lading (δ-) van de watermolekulen. Maar ja, daarmee komen de waterstofatomen van die watermolekulen met hun lading δ+ ook dichtbij die sterk positieve metaalionen. Je begrijpt dat dit afstoting tot gevolg heeft en dat er protonen kunnen worden afgestoten.

    kationzuren (=positief metaalion) met water geconjugeerde base + hydroniumion.

    Zo ontstaat de mogelijkheid om H+ af te splitsen.

    Het gaat hier om een aantal multipositieve metaalionen, zoals Al3+, Cu2+, Fe2+ ou Fe3+, en andere.



    Opdracht 12
    Is dat logisch?: Kationzuren zijn - in het algemeen - oplossingen met meerwaardig positieve metaalionen.
    antwoord

    Opdracht 13
    Een speciaal geval van een positief ion met zuur karakter is het ammonium-ion:

    NH4+ + H2O NH3+ H3O+

    Leg uit naar welke kant dit evenwicht zich verplaatst. Waarom? Wat is de konsekwentie in de praktijk?

  5. Negatieve ionen
    Opdracht 14
    Negatieve ionen kunnen - normaal gesproken - base zijn, oftewel, ze kunnen protonen vangen.
    Leg uit dat het te niet verwachten was dat negatieve ionen als zuur optreden.

    Maar toch! Er zijn enkele negatieve ionen die als zuur kunnen optreden en dus H+ kunnen afstaan. Bijvoorbeeld: HCO3-.
    Dit voorbeeld laat zien dat het gaat over amfotere deeltjes. Ofwel, dit type negatieve ionen dat nog waterstof bevat, meervoudige zuren die nog niet alle H+ hebben afgestaan. Je vindt ze in de tabel met zuren en basen in beide kolommen. Kontroleer dat.



1.3 Verschillende types basen

In module 4 werden ze al genoemd, de verschillende bases:
  1. Organische molekulen
    Normaal gesproken zijn dat die stoffen die stikstof bevatten dat een vrij elektronenpaar heeft. Denk bijvoorbeeld aan amines en de aminozuren.

    Opdracht 15
    Geef de reaktievergelijking in ionenformules van de reaktie met een zuur met:
    1. amino-ethaan;
    2. Alanine.

    Opdracht 16
    Geef een organische stof die een tweewaardige base is (diprotonisch).
    Antwoord

  2. Negatieve ionen
    In principe kunnen alle negatieve ionen H+ vangen, opnemen en zijn dus basen, hetzij zwak, hetzij sterk. Sommige buitengewoon zwak, zoals Cl-.

    Opdracht 17
    Plaats in volgorde van toenemende basischiteit de volgende deeltjes; (gebruik daarbij de tabel van zuren en basen):

    Br-     0H-     HCO3-     H2PO4-     CH3COO-     CH2ClCOO-     SO42-     HSO4-

  3. Enkele positieve ionen
    Kationen zijn veelal zuren, zoals we gezien hebben, maar als ze polyprotonisch zijn, meerwaardig, dus als ze meer dan één proton kunnen afstaan, dan komen we in de buurt: Als dus bijvoorbeeld het driewaardig positieve gehydrateerde Al-ion (Al(H2O)63+) één proton heeft afgestaan, dan heeft zich gevormd: Al(OH)(H2O)52+). Dit is een positief ion dat toch weer zo'n proton terug kan pakken en dus als base kan reageren. Bovendien kan dat deeltje ook nog doorgaan met protonen afstaan (en Al(OH)2(H2O)4+ vormen). Het kan dus opnemen en ook afstaan, dus het is een amfoteer deeltje.

    Al(H2O)6 + H2O Al(OH)(H20)5- + H3O+
    zuur base base zuur

    Opdracht 18
    Geef in de bovenstaande vergelijking aan waarom stoffen zuur of base zijn, zoals aangegeven; en leg uit aan welke kant de sterke en zwakke stoffen staan.

  4. Neutrale molekulen
    Zoals bijvoorbeeld ammoniak en water (waarbij water zelfs amfoteer is)

    Opdracht 19
    Als de twee gassen ammoniak en waterstofchloride samenkomen vormt zich een witte rook.
    1. Geef de reaktievergelijking in molekuulformules
    2. Leg uit waarom deze reaktie een zuur-base reaktie is.