Syrer, baser og salt – Knoklepokle

14.1 Syrer, baser og salte

Indholdsfortegnelse

14.1.1 Vand – en amfolyt

Når vi taler om en syre eller en base, er der altid tale om en vandig opløsning. Det vil sige, at vand indgår i syrer og baser.

Nogle stoffer optræder som en syre, når det opløses i vand, mens andre stoffer optræder som en base når det opløses i vand.

Vand kan optræde både som syre og som base. Det kalder man en amfolyt. I virkeligheden er det, der sker, at en hydron (H⁺), som er en proton, udveksles mellem de to vandmolekyler:

Vand er både en syre og en base.

I en syre optræder H₃O⁺ (oxonium) og i en base optræder OH^–(hydroxid)

14.1.2 Hvad er en syre og en base?

Alle syre og baser, I kommer til at arbejde med, er i vandige opløsninger. Det vil sige, at vand altid er tilstede.

Syre og base

I eksemplet nedenfor er HCl syren, som afgiver en hydron. Hydronen kan ikke eksistere alene, men går sammen med vand og danner H₃O⁺:

I eksemplet nedenfor er NH₃basen, som optager en hydron. Hydronen kommer fra vand, som optræder som en syre ved at afgive en hydron:

Syrerest og korresponderende syre-base par

Når en syre opløses i vand, stiger H₃O⁺ koncentrationen, og der dannes en syrerest, der er en base.

I reaktionen ovenfor, hvor HCl opløses i vand, er Cl^–syreresten til saltsyren. Cl^– opfører sig som en base (dog en meget svag base), idet Cl^– kan optage en H⁺ og omdannes HCl.

Man siger, at HCl og Cl^–er et korresponderende syre base par.

I samme reaktion er H₂O og H₃O⁺ et korresponderende syre base par.

14.1.3 Stærke og svage syrer og baser

I en syre er der en høj koncentration af H₃O⁺ (oxonium), og i en base er der en høj koncentration af OH^–(hydroxid).

Eksempler på stærke og svage syrer og baser

Hvorvidt en syre eller base er stærk eller svag afhænger af, hvor meget der er spaltet.

For en stærk syre eller base gælder, at alt er spaltet som ioner. For en svag syre eller base gælder, at kun en lille procentdel er spaltet til ioner.

Aktivitet: Stærk og svag syre

Fyld ca. 3 cm saltsyre (1 molær HCl) i ét reagensglas, og ca. 3 cm eddikesyre (1 molær CH₃COOH) i et andet reagensglas. Tilsæt et stykke kalk i hvert af reagensglassene og beskriv, hvad der sker. Begrund.

Aktivitet: Stærk og svag syre

Svage syrer og baser kun i ringe grad spaltet. Det betyder, at syre og base virkningen ikke er så kraftig for en svag syre eller base. Hvis man sammenligner saltsyre, som er fuldt spaltet i vand, med eddikesyre, så er kun cirka 1% af eddikesyren spaltet i den vandige opløsning.

Fordelen ved stærke syrer og baser er, at reaktionerne sker hurtigt, hvorfor de også kan være farligere at have med at gøre, hvid de for eksempel kommer i øjne eller på huden.

Mange skoler har de 3 stærke syrer, det er saltsyre, salpetersyre og svovlsyre.

3 stærke syrer

Syre og kalk frigiver kuldioxid

Aktivitet: Virkningen på tøj.

Tag et viskestykke, tegn to ringe i hver ende af viskestykket. Gør viskestykket vådt og læg det på en plastbakke. Dryp nu stærk syre indenfor den ene ring og stærk base indenfor den anden ring. Lad det ligge til dagen efter. Skyl det grundigt igennem og prøv at se, om der er sket noget med stoffet.

Base og syre på bomuld

14.1.4 Neutralisering

Når man blander en syre med en base, bliver både syren og basen neutraliseret, og man får et salt.

Hvis man for eksempel blander en opløsning af HCl (saltsyre) med NaOH (natriumhydroxid) får man en opløsning af salt (NaCl).

Syre + base bliver til salt

14.1.5 Salt og opløselighed

Et salt er en samling af positive og negative ioner, der sidder i et iongitter. Samlet set har et salt ingen ladning. NaCl er det vi kalder køkkensalt. Det består af den positive natrium-ion Na⁺ og den negative chlorid-ion Cl^– .

Salt, NaCl

Vand er en meget polær væske. Polære væsker kan opløse stoffer, der er bundet i ionforbindelser. Der findes mange forskellige salte i havet.

NaCl er det mest udbredte salt på Jorden. I verdenshavene er der cirka 3,5 procent salt. Klik for at forstørre.

Salte består ofte af et metal og et ikke metal.

Salte med chlor

Metallerne laver positive ioner, som typisk har den ladning, der svarer til metallets hovedgruppenummer.

Ikke metallerne laver ioner, så de opfylder oktetreglen.

For eksempel danner saltet NaCl metal-ionen Na⁺ og ikke metal-ionen Cl^– .

Et andet eksempel er saltet MgCl₂ , der danner metal-ionen Mg²⁺ og to ikke metal-ioner Cl^– .

Aktivitet: Ioner

De følgende salte er ionforbindelser. Skriv ladningerne for ionerne. Brug Det periodiske System.

For eksempel bliver NaCl til Na⁺ og Cl^–.

NaCl, KCl, AgCl, MgCl₂, CaCl₂, CaS, CaO

Aktivitet: Salts opløselighed.

Undersøg hvor meget salt der maksimalt kan opløses i vand ved stuetemperatur. Opløs salt i vand indtil der er et overskud af salt, som ikke går i opløsning. Hæld 10 milliliter op i et målebæger. Vej det og lad det stå, indtil al vandet er fordampet. Undersøg så ved afvejning hvor meget salt der var i opløsningen.

Aktivitet: Mættet saltvand (NaCl)

Aktivitet: Beregn saltkoncentration

Undersøg hvad den mættede saltkoncentration er i videoen ovenfor. Du kan stoppe videoen og få de nødvendige data, ved at se hvad der står på vægten og målebægeret.

Hvis du har problemer med udregningen, så se denne video.

Aktivitet: Beregn saltkoncentration

Læringsmål

Færdighedsmål

Eleven kan med repræsentationer beskrive kemiske reaktioner.
Eleven kan formulere en påstand og argumentere for den på et naturfagligt grundlag.
Eleven kan undersøge grundstoffer og enkle kemiske forbindelser.

Vidensmål

Eleven har viden om kemiske symboler og reaktionsskemaer.
Eleven har viden om begrundelser og påstande.
Eleven har viden om stoffers kemiske egenskaber.

14.2 Måling af pH

14.2.1 pH-skalaen

I en syre er der en høj koncentration af H₃O⁺ . Jo højere koncentration af H₃O⁺ des mere sur er syren. Surhed har man et mål for, og til det bruges pH-skalaen.

pH-skalaen er det, vi kalder en logaritmisk skala. Det betyder, at når pH-værdien stiger med 1, så vokser koncentrationen af H₃O⁺ 10 gange. En lille ændring i koncentrationen af H₃O⁺ kan give en stor ændring i pH.

Koncentration og pH

Nedenfor kan du se forskellige stoffer og deres tilhørende pH-værdier.

Mad er typisk en pH på mellem 3 og 7 og er altså sure til neutral. Det er ganske få fødevarer, som har en pH over 7. Bagepulver har en pH på 8,5 og er dermed basisk, men det spiser vi heller ikke, før det er neutraliseret.

I må aldrig smage på kemikalier i laboratoriet, men prøv at overveje smagsoplevelsen næste gang I er hjemme og spiser frugt eller smager citron.

Klik for at forstørre.

14.2.2 pH – indikator

Der findes udstyr, som automatisk kan måle pH, men I kan også måle pH ved hjælp af indikator papir eller pH-papir. En indikator skifter farve når pH ændres, og forskellige indikatorer skifter farve ved forskellige pH værdier.

Måling af pH

Indikatorer er i virkeligheden kemikalier, der skifter farve ved bestemte pH-værdier. I de fleste skoler kan man finde indikatorpapir, der kan bruges til at bestemme pH.

Aktivitet: Mål pH med indikatorpapir.

Mål pH-værdi for eksempel på sæber, fødevarer, og kemikalier med indikatorpapir.

Når I måler, er det en god ide at fugte indikatorpapiret med demineraliseret vand. På den måde måler I lettere, hvis der ikke er tilstrækkelig fugt, i det I måler på.

Pres det fugtige indikatorpapir ned mod det, I vil måle på. Eller dyp det, hvis det er en vandig opløsning. Aflæs pH ved at sammenligne farvekoden på beholderen.

pH måling

Aktivitet: Syre i røggas fra PVC

En af grundene til at pvc plast er skadeligt for miljøet er, at det afgiver saltsyre, når det bliver brændt.

Aktivitet: Syre i røggas fra PVC

I skal måle syren i røgen. I skal bruge et langt stykke indikatorpapir som er vådt. Sæt ild til et lille stykke PVC og hold indikatorpapiret hen over flammen og mål syren i røgen.

Aktivitet: Rødkålsindikator

Det farvestof, der er i rødkål, kan bruges som indikator.

I kan udvinde stoffet ved at skære et rødkålshoved i strimler og lade det koge i ca. 10 minutter.

Efter nedkøling kan det vand, som rødkålshovedet har kogt i, nu bruges som pH indikator.

Hæld saften op i tre forskellige reagensglas og tilsæt en sur væske til det ene glas, en basisk væske til det andet glas og en neutral væske til det tredje glas.

Prøv at få indikatoren til at skifte flere gange mellem det rødlige og grønne ved at tilføre skiftevis syre for rød og base for grøn.

Beskriv, hvad der sker i de tre glas.

Rødkålsindikator

Den hurtige genvej er at købe et glas rødkål og hælde lidt koldt vand i glasset. Ryst glasset og lad det stå lidt. Så kan I på samme måde som ved afkog bruge væsken som rødkålsindikator.

Aktivitet: Fortyndingsrækken

Formålet med denne aktivitet er, at vise sammenhængen mellem koncentration af H₃O⁺ (eller H⁺) og pH-værdi. I skal derfor fortynde en syre mange gange og bagefter måle pH.

Se videoen og gennemfør forsøget med fortyndingsrækken.

I skal bruge 7 små glas og 1 molær saltsyre.

Stil glassene op på række, og hæld lidt syre i det første glas.

Afmål 1 ml med en pipette. Hæld det i det andet glas, og fyld op med 9 ml vand i glasset, og rør rundt.

Afmål igen 1 ml af denne nye opløsning. Hæld det i det tredje glas, og fyld op med 9 ml vand og rør rundt. Sådan fortsætter I, til alle 7 glas er brugt.

Prøv derefter et måle pH-værdi i de forskellige opløsninger ved at tage en ren pipette.

Start med at tage lidt fra den sidste opløsning og dryp det på pH papir.

Hvis I starter med at måle på den sidste opløsning først, så kan I bruge den samme pipette til alle målinger – overvej hvorfor og begrund.

Overvej, hvor mange gange I har fortyndet den første opløsning.

Fortyndingsrække

Aktivitet: Neutralisering af en syre

I skal neutralisere saltsyre(HCl) med natriumhydroxid(NaOH).

I skal bruge 1M HCl(saltsyre),1M NaOH(natriumhydroxid), en konisk kolbe, 2 plastsprøjter på 20 ml og phenolphtalein indikator.

Husk at bruge briller og kittel.

Hæld cirka 10 ml saltsyre og 4 dråber phenolphtalein i kolben. Fyld den ene plastsprøjte med cirka 10 ml saltsyre (ved hjælp af undertryk i sprøjten). Den anden sprøjte fyldes med 20 ml natriumhydroxid(NaOH).

Dryp langsomt natriumhydroxid ned i saltsyren, indtil der sker et farveskift.

I har nu neutraliseret opløsningen, som nu består af saltvand. VIGTIGT: Smag ikke på vandet.

Skriv reaktionen for neutralisationen ned.

Prøv derefter at gøre opløsningen sur igen, og se farven komme tilbage. Når farven er kommet tilbage, kan I neutralisere igen med natriumhydroxid.

I kan nu se, at indikatoren kan skifte farve, alt efter om opløsningen er sur eller basisk.

Hvis I har tid, kan I til sidst prøve at inddampe den neutraliserede opløsning. Det kan du gøre i et varmeskab eller med en bunsenbrænder. Du vil efter inddampningen se, at der vil være salt i bunden af glasset.

14.2.3 Neutralisering ved titrering

Ved titrering neutraliseres syre med base. Man kan bruge en indikator til at fastslå hvornår syren og basen er neutraliseret. Man kan bruge titrering til at bestemme en ukendt syre eller bases koncentration.

Hvis man skal neutralisere en større mængde af en ukendt syre, vil det være fornuftigt at tage en lille prøve og titrere den. På den måde kan man finde ud af, hvor meget base man skal tilsætte for at neutralisere hele opløsningen.

Titrering af HCl med NaOH

Ækvivalenspunktet er den pH-værdi, hvor syren og basen er neutraliseret og udgør det lodrette stykke på kurven.

Forskellige syrer og baser har deres ækvivalenspunkt ved forskellige pH værdier, og derfor vælges forskellige indikatorer.

Valg af indikator ved titrering

Når man neutraliserer en sur eller basisk væske, har man brug for at vide, hvornår man har neutraliseret væsken. Derfor har man brug for at måle pH. Man kan bruge et pH-meter, der elektronisk måler pH, eller man kan bruge indikatorer til at måle.

Metoder til titrering

Aktivitet: Titrering af saltsyre med natriumhydroxid.

Til dette forsøg har jeres lærer fremstillet en opløsning af saltsyre, som I skal bestemme koncentrationen af ved hjælp af titrering.

I skal bruge 100 ml af en saltsyre med ukendt koncentration. en burette (en burette er et rør, hvor I kan aflæse, hvor meget base I har hældt i syren) og natriumhydroxid(NaOH) med kendt koncentration.

Fremgangsmåde:

Hæld 100 ml af saltsyren (med ukendt koncentration) i et stort bægerglas (ca. 300 ml).

Tilsæt lidt phenolphthalein (indikator) og en magnet til magnetisk omrøring.

Sæt det hele på en magnetomrøre, og sæt omrøring i gang.

Luk buretten for neden og påfyld den med NaOH.

Notér start niveauet for NaOH på buretten.

Dryp ganske langsomt NaOH i opløsningen til den skifter farve.

Notér hvor meget base I har hældt i opløsningen.

I har nu neutraliseret HCl af ukendt koncentration med NaOH af kendt koncentration.

Nu er det tid til at beregne koncentrationen af den syre, I fik udleveret.

Koncentrationen betegnes med c.

Rumfang(volumen) betegnes med V.

I ved allerede at V_HCl=100 ml= 0,1 liter, og I har netop bestemt V_NaOH efter at have aflæst buretten.

Vigtigt: Husk at omregne til enheden liter.

For denne neutralisation gælder:

c_HCl · V_HCl = c_NaOH · V_NaOH

Den eneste du ikke kender er saltsyrens koncentration(c_HCl), som isoleres:

Indsæt dine tal, og udfør beregningen.

Kontrollér jeres resultat med jeres lærers angivelse af syrekoncentrationen.

Titrering

Læringsmål

Færdighedsmål

Eleven kan undersøge enkle reaktioner mellem stoffer.
Eleven kan med repræsentationer beskrive kemiske reaktioner.
Eleven kan formulere og undersøge en afgrænset problemstilling med naturfagligt indhold.

Vidensmål

Eleven har viden om stoffers fysiske og kemiske egenskaber.
Eleven har viden om naturfaglige undersøgelsesmetoders anvendelsesmuligheder og begrænsninger.