Leerdoelen
•Je kunt uitleggen dat zuren uit ionen bestaan en waarom zure oplossingen elektrische stroom geleiden.
•Je kunt uitleggen hoe een zure oplossing tot stand komt.
•Je kunt uitleggen wat er gebeurt als een zuurmolecuul in aanraking komt met een watermolecuul.
•Je kunt de verschillen tussen sterke en zwakke zuren uitleggen wat betreft geleidbaarheid en de hoeveelheid ionen.
•Je kunt de notatie van een zuur uitleggen en aangeven waarvoor deze notatie nodig is.
Wat zijn zure oplossingen en waarom geleiden ze stroom?
Zuren en basen zijn twee belangrijke klassen van chemische verbindingen. Zure oplossingen zijn oplossingen met een pH lager dan zeven. Ze bevatten waterstofionen (H⁺) of oxoniumionen (H₃O⁺). Basische oplossingen daarentegen hebben een pH hoger dan zeven en bevatten hydroxide-ionen (OH⁻). Een opvallende eigenschap van zure oplossingen is dat ze elektrische stroom geleiden. Dit is bijzonder, omdat zowel zuiver water (H₂O) als azijnzuur (CH₃COOH) in pure vorm moleculaire stoffen zijn die geen stroom geleiden. Echter, wanneer azijnzuur in water wordt opgelost, geleidt de oplossing wel stroom.
Stroomgeleiding vereist twee elementen: geladen deeltjes en de mogelijkheid voor deze deeltjes om te bewegen. In zure oplossingen ontstaan ionen, dit zijn geladen deeltjes. Door de aanwezigheid en beweging van deze ionen kan de elektrische stroom door de oplossing worden geleid.
Hoe reageert een zuur met water?
Een zure oplossing ontstaat doordat zuurdeeltjes waterstofionen (H⁺) afstaan. Deze afgestane H⁺-ionen reageren vervolgens met watermoleculen (H₂O). Elk H₂O-molecuul neemt een H⁺-ion op en vormt zo een oxoniumion (H₃O+). Het zuur dat een H+ heeft afgestaan, blijft achter als een negatief geladen zuurrestion (Z⁻).
Als voorbeeld nemen we salpeterzuur (HNO₃). Wanneer salpeterzuur in water (H₂O) wordt gebracht, treedt de volgende reactie op: Het HNO₃-molecuul staat een H⁺-ion af aan het H₂O-molecuul. HNO₃ is hier het zuur en H₂O fungeert als een zwakke base, omdat het een H⁺-ion opneemt.
De algemene reactievergelijking voor een zuur in water is: HZ (aq) + H₂O (l) → H₃O⁺ (aq) + Z⁻ (aq)
Hierbij staat HZ voor een algemeen zuur, waarbij Z⁻ het zuurrestion is. Na de reactie zijn er dus oxoniumionen (H₃O⁺) en zuurrestionen (Z⁻) in de oplossing aanwezig.
Wat is het verschil tussen sterke en zwakke zuren?
Zuren verschillen in de mate waarin ze ionen vormen in water. Dit verschil heeft invloed op hun geleidbaarheid.
•Sterke zuren
•De reactie met water is een aflopende reactie, weergegeven met een enkele pijl (→).
•Er vindt volledige ionisatie plaats: alle zuurmoleculen worden omgezet in ionen. Er blijft geen zuurmolecuul over aan het einde van de reactie.
•Voorbeeld: HCl (aq) + H₂O (l) → H₃O⁺ (aq) + Cl⁻ (aq).
•De oplossing van een sterk zuur heeft een zeer hoge geleidbaarheid.
•De geleidbaarheid is recht evenredig met de molariteit: als de molariteit verdubbelt, verdubbelt ook de geleidbaarheid.
•Zwakke zuren
•De reactie met water is een evenwichtsreactie, weergegeven met een dubbele pijl (⇌).
•Er is geen volledige splitsing in ionen; een deel van de beginstoffen (zuurmoleculen) blijft onomgezet.
•Voorbeeld: CH₃COOH (aq) + H₂O (l) ⇌ H₃O⁺ (aq) + CH₃COO⁻ (aq).
•De oplossing van een zwak zuur heeft een veel lagere geleidbaarheid dan een sterk zuur van dezelfde molariteit.
•De geleidbaarheid is niet recht evenredig met de molariteit; er ontstaat een kromme in een geleidbaarheidsgrafiek.
De verschillen in geleidbaarheid zijn direct te verklaren door de hoeveelheid ionen die in de oplossing aanwezig zijn. Sterke zuren produceren veel meer ionen dan zwakke zuren, wat resulteert in een betere stroomgeleiding.
Hoe noteer je zuren voor reactievergelijkingen?
De notatie van een zuur is belangrijk bij het opstellen van zuur-base reactievergelijkingen. De notatie hangt af van of het een sterk of zwak zuur betreft.
•Notatie van sterke zuren: Je noteert de deeltjes die aan de rechterkant van de reactievergelijking staan. Dit zijn de ionen die ontstaan na de volledige dissociatie.
•Voorbeeld (voor HCl): Je noteert het zuur als H⁺ en Cl⁻.
•Notatie van zwakke zuren: Je noteert de deeltjes die aan de linkerkant van de reactievergelijking staan. Dit zijn de ongedissocieerde zuurmoleculen, omdat een groot deel hiervan in evenwicht aanwezig blijft.
•Voorbeeld (voor azijnzuur): Je noteert het zuur als CH₃COOH.
Deze notatiewijze is nodig omdat bij sterke zuren vrijwel alleen ionen in de oplossing aanwezig zijn, terwijl bij zwakke zuren de oorspronkelijke moleculen in de meerderheid zijn.
Wat gebeurt er als je iets zuurs proeft?
Wanneer je iets zuurs proeft, zoals een citroen, veroorzaken de in de stof aanwezige oxoniumionen (H₃O⁺) een reactie. Deze H₃O⁺-ionen prikkelen speciale zuurreceptoren die zich aan de zijkanten en achterop je tong bevinden. Je tong stuurt vervolgens direct een elektrisch signaal naar je hersenen, waardoor je de zure smaak direct waarneemt.
