De zuurgraad van een stof heeft een strikte wetenschappelijke definitie. Mensen hebben de neiging om beelden te hebben van metalen die oplossen en gaten die door dingen branden als ze denken aan zuren en niet-zure stoffen of basen. De waarheid is dat hoe destructief een stof kan zijn, niet de factor is waar scheikundigen rekening mee houden bij het bepalen van de zuurgraad (of het gebrek daaraan) van iets.
Definitie en detectie van een zuur
Er zijn drie verschillende definities die chemici gebruiken bij het definiëren van een zuur en base.
De Arrhenius-definitie: Zuren zijn stoffen die, wanneer opgelost in water, de concentratie van H+-ionen (dat wil zeggen positieve waterstofionen of protonen) verhogen. Basen zijn stoffen die, wanneer opgelost in water, de concentratie van OH-ionen (ook wel hydroxide-ionen genoemd) verhogen.
De Bronstead-Lowry-definitie: Een zuur is een stof die een proton (H) kan overbrengen naar een andere stof. Een base is een stof die een proton (H) kan opnemen.
De Lewis-definitie: Een zuur wordt gedefinieerd als een elektronenpaaracceptor en een base als een elektronenpaardonor.
In de praktijk denken de meeste chemici (tenzij je een organisch chemicus bent) aan zuren en basen in termen van de eerste twee definities.
Hoewel deze definities misschien zeer technisch lijken, is een trefzekere manier om zuren in de keuken te begrijpen, bijvoorbeeld door een eenvoudige reactie uit te voeren met zuiveringszout. Als u een vloeistof heeft en u wilt weten of deze zuur is, kunt u dit gemakkelijk zien door er een beetje zuiveringszout door te mengen. De baking soda reageert met zuren om bellen te produceren.
Je bent misschien bekend met het bouwen van een zelfgemaakte keukenvulkaan. Je mengt azijn (een zuur) met zuiveringszout. Het schuimt op als de baking soda reageert met het zuur. Dit is in wezen wat u kunt doen om te testen of een oplossing zuur is of niet. Als er geen zuur aanwezig is, zal de oplossing niet borrelen als je de baking soda toevoegt.
Relatieve sterktes van zuren
Sommige zuren zijn sterker dan andere. We zijn heel bekend met dit concept wanneer we een slok frisdrank nemen en het op onze tong laten. Het brandende gevoel komt van het zuur in de frisdrank. We krijgen dit gevoel niet als we zuiver water in onze mond houden. Het verschil is de sterkte van het zuur. Natuurlijk moet u voorzichtig zijn voordat u iets in uw mond stopt.
Wetenschappelijk gezien zou een sterk zuur een zuur zijn dat zijn protonen (H+-atomen) volledig in water overdraagt, zodat er geen niet-gedissocieerde moleculen in oplossing blijven. Een zwak zuur zou een zuur zijn dat slechts gedeeltelijk dissocieert in een waterige oplossing en in de oplossing voorkomt als een mengsel van zuurmoleculen en componentionen. Een stof met een verwaarloosbare zuurgraad is een stof die waterstof bevat maar geen zuur gedrag vertoont in water (dat wil zeggen dat de waterstof niet dissociëert of loskomt van het molecuul).
De pH-schaal
Het gebruik van de pH-schaal is een praktische manier om kwantitatief te bepalen hoe zuur iets is. Als de pH van een oplossing lager is dan 7, is deze zuur. Als de pH 7 is, is de oplossing neutraal en als de pH hoger is dan 7, is de oplossing basisch. Deze schaal geeft de hoeveelheid werkelijke H+-ionen (zuurgraad) aan die in de oplossing rondzweven, wat direct verband houdt met de definitie van een zuur.
De pH van een oplossing detecteren
Er zijn een paar verschillende manieren om de pH van een oplossing te meten. De meest bekende methode is het gebruik van lakmoespapier. Het lakmoespapier is bedekt met een chemische stof die reageert met zuren om de kleur van het papier te veranderen. U kunt het papier vervolgens vergelijken met een standaard kleurenkaart om de pH-waarde te vinden. Het is ook gebruikelijk om oplossingsindicatoren te gebruiken om de zuurconcentratie in een oplossing te achterhalen. Dit werkt op dezelfde manier als het lakmoespapier, maar wordt in plaats daarvan aan de oplossing toegevoegd en de kleur van de gehele oplossing verandert in een kleur die de pH-waarde aangeeft. In het scheikundelab voeren wetenschappers titratie-experimenten uit om de pH-waarde te bepalen. Om deze methode te gebruiken, is een bepaalde technische vaardigheid vereist. De meest gebruikelijke en nauwkeurigere methode is via het gebruik van een pH-meter. De elektronische meter bevat een sonde die in de vloeistof wordt ondergedompeld en er wordt een elektrische stroom gemeten die direct gerelateerd kan worden aan de pH-waarde. De waarde wordt vervolgens gedicteerd aan de gebruiker op het display van de meter. Deze pH-meters zijn in de loop der jaren in betrouwbaarheid en gebruiksvriendelijkheid toegenomen en zijn de standaard manier om te gaan. De meeste van deze apparatuur bevindt zich niet in de huishoudelijke keuken. Men kan indien nodig pH-teststrips (lakmoespapier) bestellen bij een kookwinkel.
Voorbeelden van de pH-waarde van verschillende stoffen
Deze waarden zijn bij benadering, maar kunnen u een idee geven van waar stoffen op de pH-schaal vallen. Huishoudbleekmiddel: 12,5 Magnesiamelk: 10 Zuiveringszout: 8 Zuiver water: 7 Zwarte koffie: 5 Wijn: 3,5 Cola, azijn: 2,9 Maagsap: 1,2
Getallen hoger dan 7 zijn basisch en getallen lager dan 7 zijn zuur.