Als je succesvol wilt worden in de chemie, moet je zuren en basen begrijpen. Je moet niet alleen begrijpen wat deze verbindingen zijn en hoe ze zich in oplossing gedragen, maar ook in staat zijn om te presteren eenvoudige pH-berekeningen en begrijpen waarom het gedrag van sterke zuren berekeningen met deze vereenvoudigt stoffen.
Om te beginnen moet je weten dat in de scheikunde, concentratie wordt vaak uitgedrukt in mol per volume-eenheid, meestal liters (mol/L) in plaats van in massa-eenheden per liter. Het aantal grammen in 1 mol van een stof kan worden bepaald aan de hand van de molecuulmassa's of molecuulgewichten van de samenstellende atomen, die beschikbaar zijn in het periodiek systeem der elementen.
- De hoeveelheid mol/L wordt meestal geschreven als het enkele symbool M.
Wat zijn zuren en basen?
Een zuur is een verbinding die een proton afstaat in een waterige oplossing. Dit proton wordt soms in vergelijkingen weergegeven als een op zichzelf staand proton (H+) of als hydroniumion (een proton plus water: H
Basen daarentegen dienen als de dubbelgangers van zuren: ze accepteren gemakkelijk protonen, wat neerkomt op het doneren van hydroxide-ionen (OH–) in waterige oplossing. Het overblijfsel van een gedissocieerde basis heet de geconjugeerd zuur, en is vaak een metaalkation zoals Na+.
Wat is pH in de chemie?
De pH, of "kracht van waterstof", is een waarde die in het algemeen (maar niet wiskundig) beperkt is tot het numerieke bereik van 0 tot 14,0. Oplossingen die zuur zijn hebben een lage pH, neutrale oplossingen (zoals zuiver water) hebben een pH van 7 en basische oplossingen hebben een hogere pH waarden.
Wiskundig gezien is pH gewoon het negatief van de logaritme met de basis 10 van de concentratie van H+ (of H3O+) ionen: pH = –log10[H+]. Zolang je een rekenmachine hebt en voorzichtig bent met je machten van 10, zijn deze berekeningen eenvoudig.
Sterkte van zuren en basen
Een sterk zuur is een zuur dat gemakkelijk zijn protonen afstaat, zelfs als de pH in de omgeving laag is, wat betekent dat er al veel protonen rondzweven. Zwakke zuren geven hun protonen niet zo gemakkelijk af en raken pas in betekenisvolle mate gedissocieerd als de pH dichter bij neutraal is. Sterke basen geven eveneens gemakkelijk hydroxide-ionen af, zelfs in oplossingen met een hoge pH.
Aan de sterktes van zuren en basen kan een waarde worden toegekend: pKeen, of de zuur dissociatie constante, de pH-waarde waarbij de helft van een zuur zijn protonen heeft gedoneerd terwijl de andere helft in de geconjugeerde toestand blijft. (Bases hebben, je raadt het al, pKb waarden.) Sterkere zuren hebben dus een lagere pKeen waarden.
Berekening van de pH van zoutzuur
Zoutzuur, of HCl, is een bekend en veel voorkomend sterk zuur. Het gebruik van zoutzuur omvat het opslaan van scheikundelaboratoria voor universiteiten en middelbare scholen over de hele wereld, evenals een groot aantal industriële en productietoepassingen.
Voorbeeld: Bereken de pH van een 0,100 M oplossing van HCl.
Omdat HCl een sterk zuur is, ioniseert het volledig, en de pH van HCl in oplossing kan worden gevonden uit de concentratie (molariteit) van de H+-ionen, per definitie gelijk aan 0,100 M. (De geconjugeerde base van het zuur, het chloride-ion Cl–, zou ook een concentratie van 0,100 M hebben.)
De pH is dus –log (0,100) = 1.000.
Het is duidelijk dat hogere molariteitswaarden lagere pH-waarden opleveren en omgekeerd voor HCl (of welk zuur dan ook).
Online pH-calculator voor sterke zuren
Als je geen zin hebt om een rekenmachine mee te slepen en meer wilt weten over het chemische gedrag van nog een paar sterke zuren, kijk dan op de pagina in de bronnen.