Leerdoelen
•je kunt uitleggen welke moleculaire stoffen zich als basen gedragen.
•je kunt de correcte notatie van basen beschrijven.
•je kunt het verband tussen de pH en de pOH uitleggen.
•je kunt de pH van sterke basen berekenen.
•je kunt de pH van zwakke basen berekenen.
Wat zijn basen en hoe herken je ze?
In dit artikel leren we hoe je de pH kunt berekenen van een base. Basen zijn chemische stoffen die een H⁺-ion (proton) kunnen opnemen. Ze worden ingedeeld in anorganische en organische basen en kunnen sterk of zwak zijn. In de Binas-tabel 49 staan sterke basen onder OH⁻ en zwakke basen boven OH⁻.
Welke anorganische basen zijn er?
Bekende anorganische basen zijn het hydroxide-ion (OH⁻), het oxide-ion (O²⁻), het carbonaat-ion (CO₃²⁻), waterstofcarbonaat (HCO₃⁻) en ammoniak (NH₃). Wanneer ammoniak in water wordt opgelost, ontstaat ammonia, een basische oplossing.
Welke organische basen zijn er?
Organische basen zijn moleculaire stoffen die een koolstofatoom met een stikstofatoom bevatten, zoals in een aminegroep (of aminogroep). Een voorbeeld is methaanamine (CH₃NH₂). Het stikstofatoom in deze groep bezit een ongebonden elektronenpaar. Dit elektronenpaar kan een H+-ion opnemen, waardoor de stof zich als een base gedraagt.
Hoe noteer je sterke basen in water?
Bij sterke basen in water vindt een aflopende reactie plaats, waarbij alle beginstoffen volledig reageren. De notatie van de basische oplossing bestaat uit de ionen die na de reactie aanwezig zijn. Een voorbeeld is calciumoxide (CaO), een zout dat in water wordt gebracht. Het oxide-ion (O²⁻) is een sterke base en trekt een H⁺-ion van water (H₂O) af. Hierdoor ontstaat OH⁻ en een ander OH⁻ blijft over van het water dat een H⁺ afstond. De notatie van deze oplossing is Ca²⁺ (aq) en 2 OH⁻ (aq).
Andere veelgebruikte basische oplossingen die zo ontstaan, zijn:
•Natronloog: Een oplossing van natriumhydroxide (NaOH) in water, gevormd door bijvoorbeeld Na₂O in water te doen.
•Kaliloog: Een oplossing van kaliumhydroxide (KOH) in water, gevormd door K2O in water te doen.
•Kalkwater: Ontstaat door calciumoxide (CaO) in water te doen.
•Barietwater: Ontstaat door bariumoxide (BaO) in water te brengen.
Het principe is elke keer hetzelfde: het sterk basische O2--ion trekt een H+-ion van een watermolecuul af. De oplosbaarheidstabel (Binas tabel 45) kan een 'R' bij O2- aangeven, wat staat voor een reactie in water.
Hoe noteer je zwakke basen in water?
Bij zwakke basen in water vindt een evenwichtsreactie plaats. Er ontstaat een evenwicht tussen de base en de gevormde producten. De meeste deeltjes van de beginstoffen blijven aanwezig.
Een voorbeeld is ammoniak (NH₃) in water. Dit reageert in evenwicht tot ammoniumionen (NH₄⁺) en hydroxide-ionen (OH⁻). De notatie van deze oplossing is NH₃ (aq), omdat ammoniak de meest aanwezige deeltjes zijn. Deze notatie is belangrijk bij het opstellen van zuur-basereacties.
Hoe bereken je de pOH?
De pOH is de basengraad en geeft de concentratie OH--ionen in een basische oplossing weer.
Formules voor pOH en OH--concentratie
De pOH wordt berekend met de formule: pOH = -log[OH-] Hierbij staat [OH-] voor de concentratie hydroxide-ionen in mol per liter. De logaritme kan op een rekenmachine worden berekend. Als je de pOH weet en de OH--concentratie wilt bepalen, gebruik je de formule: [OH-] = 10^-pOH
Wat is het waterevenwicht en het verband tussen pH en pOH?
In water is altijd een evenwicht aanwezig tussen H3O+- en OH--ionen, ongeacht de pH of pOH van de oplossing. Dit heet het waterevenwicht.
De waterconstante (Kw)
De waterconstante, Kw, beschrijft dit evenwicht en is het product van de H₃O⁺- en OH⁻-concentraties: Kw = [H₃O⁺] * [OH⁻] Bij 298 K (25 °C) geldt:
•[H₃O⁺] = 10⁻⁷ mol/L in zuiver water.
•[OH⁻] = 10⁻⁷ mol/L in zuiver water.
•Kw = (10⁻⁷) * (10⁻⁷) = 10⁻¹⁴.
De negatieve logaritme van Kw is de pKw: pKw = -log(Kw) = 14
Relatie tussen pH en pOH
Uit de pKw volgt een belangrijke relatie tussen de pH en pOH van een oplossing: pH + pOH = 14 Deze relatie is handig, want als de H3O+-concentratie of de OH--concentratie bekend is, kan de andere concentratie of de pH/pOH altijd worden berekend. Formules zijn te vinden in Binas tabel 37I.
Hoe bereken je de pH van een sterke base?
Om de pH van een sterke base te berekenen, volg je de volgende stappen.
Voorbeeldberekening: Stel, 2,3 gram natriumeethoxide (NaC₂H₅O) wordt opgelost in 1 liter water. De vraag is wat de pH van de oplossing is.
1.Identificeer de stof en de reactie:
1.NaC2H5O is een zout (metaal Na en niet-metaal C2H5O).
2.C2H5O- (ethoxide-ion) is een sterke base (zie Binas tabel 49 onder OH-).
3.Een sterke base geeft een aflopende reactie in water: C2H5O- (aq) + H2O (l) -> C2H5OH (aq) + OH- (aq) (hierbij ontstaat ethanol, een alcohol).
2.Bereken de molhoeveelheid van de base:
1.Molaire massa (M) van NaC2H5O:
1.Na: 22,99 g/mol
2.C: 2 * 12,01 = 24,02 g/mol
3.H: 5 * 1,008 = 5,04 g/mol
4.O: 16,00 g/mol
5.M = 22,99 + 24,02 + 5,04 + 16,00 = 68,05 g/mol
2.Aantal mol (n) van NaC₂H₅O:
1.n = massa / M = 2,3 g / 68,05 g/mol = 0,0338 mol.
3.Bereken de OH⁻-concentratie:
1.De verhouding NaC₂H₅O : OH⁻ is 1:1.
2.Dus, 0,0338 mol OH⁻ ontstaat.
3.De oplossing is 1 liter, dus [OH⁻] = 0,0338 mol/L.
4.Bereken de pOH:
1.pOH = -log[OH⁻] = -log(0,0338) = 1,47.
5.Bereken de pH:
1.pH + pOH = 14
2.pH = 14 - pOH = 14 - 1,47 = 12,53.
3.De pH van de oplossing is 12,53.
Hoe bereken je de pH van een zwakke base?
Het berekenen van de pH van een zwakke base is complexer, omdat er sprake is van een evenwichtsreactie.
Voorbeeldberekening: Stel, 2,3 gram natriumfluoride (NaF) wordt opgelost in 1 liter water. De vraag is wat de pH van de oplossing is.
1.Identificeer de stof en de reacties:
1.NaF is een zout (Na is metaal, F⁻ is niet-metaal).
2.In water valt het zout uiteen: NaF (s) → Na⁺ (aq) + F⁻ (aq).
3.Het fluoride-ion (F⁻) is een zwakke base (staat boven OH⁻ in Binas tabel 49).
4.De zwakke base F- reageert in evenwicht met water: F⁻ (aq) + H₂O (l) <=> HF (aq) + OH⁻ (aq).
2.Bereken de molariteit van de zwakke base (F⁻):
1.Molaire massa (M) van NaF:
1.Na: 22,99 g/mol
2.F: 19,00 g/mol
3.M(NaF) = 22,99 + 19,00 = 41,99 g/mol
2.Aantal mol (n) van NaF:
1.n = massa / M = 2,3 g / 41,99 g/mol = 0,0548 mol.
3.Omdat de verhouding NaF : F- 1:1 is, ontstaat 0,0548 mol F⁻.
4.De oplossing is 1 liter, dus [F⁻] = 0,0548 mol/L.
De evenwichtsvoorwaarde en Kb
Voor de evenwichtsreactie van F⁻ met water geldt een evenwichtsvoorwaarde, uitgedrukt met de Kb (evenwichtsconstante van de base): Kb = ([HF] * [OH⁻]) / [F⁻] De concentratie van water (H₂O) wordt niet meegenomen in de breuk, omdat het in de vloeistoffase is en de concentratie constant blijft. De Kb van F⁻ zoek je op in Binas-tabel 49. Kb (F⁻) = 1,6 * 10⁻¹¹
Hoe gebruik je een BOE-schema?
Voor het bepalen van de evenwichtsconcentraties wordt een BOE-schema (Begin, Omzetting, Evenwicht) gebruikt.
Deeltje | [F-] (mol/L) | [HF] (mol/L) | [OH-] (mol/L) |
|---|---|---|---|
Begin | 0,0548 | 0 | 0 |
Omzetting | -x | +x | +x |
Evenwicht | 0,0548 - x | x | x |
•Begin: De initiële concentratie F- is 0,0548 mol/L. Er is nog geen HF of OH⁻ gevormd.
•Omzetting: Een deel van F-, aangeduid als 'x', reageert. Volgens de molverhoudingen (1:1:1) ontstaat er 'x' mol/L HF en 'x' mol/L OH-.
•Evenwicht: De concentraties bij evenwicht zijn de beginconcentratie min of plus de omzetting.
Berekening met de ABC-formule
Vul de evenwichtsconcentraties uit het BOE-schema in de Kb-uitdrukking: Kb = (x * x) / (0,0548 - x) = 1,6 * 10⁻¹¹ x² = 1,6 * 10⁻¹¹ * (0,0548 - x) x² = (1,6 * 10⁻¹¹ * 0,0548) - (1,6 * 10⁻¹¹ * x) x² + (1,6 * 10⁻¹¹)x - (8,768 * 10⁻¹³) = 0
Dit is een kwadratische vergelijking van de vorm Ax² + Bx + C = 0. Deze kan worden opgelost met de ABC-formule: x = (-B ± √(B^2 - 4AC)) / 2A (zie Binas tabel 36C) [TABEL: Binas-tabel 36C] Alt-tekst: Uitsnede van Binas-tabel 36C met de algemene kwadratische vergelijking Ax² + Bx + C = 0 en de ABC-formule x = (-B ± √(B² - 4AC)) / 2A.
In dit geval:
•A = 1
•B = 1,6 * 10^-11
•C = -8,768 * 10^-13
Invullen in de ABC-formule levert twee waarden voor x op. Eén is positief, de andere negatief. Aangezien concentraties niet negatief kunnen zijn, is de positieve waarde de juiste. x = 9,4 * 10^-7
Dit betekent dat [OH-] = x = 9,4 * 10^-7 mol/L.
1.Bereken de pOH:
1.pOH = -log[OH-] = -log(9,4 * 10^-7) = 6,03.
2.Bereken de pH:
1.pH + pOH = 14
2.pH = 14 - pOH = 14 - 6,03 = 7,97.
3.De pH van de oplossing is 7,97.
Wanneer mag je X verwaarlozen?
In sommige gevallen, als de beginconcentratie van de base meer dan 100 keer groter is dan de Kb (concentratie base > 100 * Kb), mag de 'x' in de noemer van de evenwichtsbreuk (0,0548 - x) worden verwaarloosd. De noemer wordt dan [F⁻] = 0,0548. Dit vereenvoudigt de berekening aanzienlijk, omdat dan alleen de wortel getrokken hoeft te worden en de ABC-formule niet nodig is: x² = Kb * [F-begin] x = √(Kb * [F-begin]) Dit moet echter altijd in overleg met de docent worden toegepast.
Wat is alchemie?
Alchemie is de historische voorloper van de moderne scheikunde. Alchemisten streefden ernaar om onedele metalen, zoals lood, om te zetten in edele metalen, zoals goud. Hoewel dit praktisch niet lukte, leidde de zoektocht tot belangrijke ontwikkelingen in technieken zoals kristalliseren en destilleren. Daarnaast hielden sommige alchemisten zich bezig met filosofische aspecten, zoals de transformatie van 'bewustzijns-lood' naar 'bewustzijns-goud', wat neerkomt op zelfontwikkeling en het streven naar geluk.
