Hoe de pKa van azijnzuur te berekenen?

De laatste keer dat je genoot van een beetje zure dressing op een salade, of misschien gewoon een scheutje balsamicoazijn, je was waarschijnlijk te druk met het genieten van de tintelende smaakervaring om de onderliggende te waarderen chemie.

Een indrukwekkend scala aan smaken en soorten azijn peper de markt, en tegen het einde van de jaren 2010 zelfs "drinkazijn" had zijn weg gevonden naar de schappen van natuurvoedingswinkels en supermarkten in de Verenigde Staten Staten. Maar al deze hebben minstens één ding gemeen: het ingrediënt dat deze dressings en sauzen hun kenmerkende "zing" geeft, is een molecuul dat azijnzuur wordt genoemd.

Het gebruik van azijnzuur is niet beperkt tot de kruidenwereld, hoewel dit zeker het eerste gangpad in de supermarkt is waar je moet kijken als je plotseling geld nodig hebt voor deze verbinding. In termen van zijn zuur-base-chemie is het geen bijzonder sterk zuur, dus de gevaren van azijnzuur zijn meer alledaags dan die van meer bijtende zuren zoals zwavelzuur.

Maar voordat je specifiek in azijnzuur duikt (met een wetsuit!), moet je bekend zijn met zuur-base chemie in algemeen en hoe zuren en basen kunnen worden gebruikt om elkaar te manipuleren, water en de pH (zuurgraad of basiciteit) van oplossingen. Vervolgens krijg je voorbeelden van hoe azijnzuur wordt gebruikt en bereid en waar het in de wereld verschijnt. Als je klaar bent, is het laatste wat je zou moeten voelen een bittere smaak in je mond!

Door de eeuwen heen zijn verschillende definities van zuren en basen voorgesteld, en voor het grootste deel zijn deze complementair door voort te bouwen op eerdere kennis in plaats van deze te vervangen.

Deze verbindingen werden vele eeuwen geleden geïdentificeerd als unieke eigenschappen (sommige zuren hebben met name het vermogen om metaal te corroderen), maar pas in de late jaren 1800 werd een formele definitie voorgesteld. Op dat moment, Svante Arrhenius definieerde een zuur als een stof die de waterstofionenconcentratie in water verhoogde.

Wanneer een zuur aan water wordt toegevoegd, dissocieert het in een proton en wat er nog over is (daarover later meer). Omdat water niet alleen bestaat als een zee van intact H₂O-moleculen, maar eerder als een combinatie van H₂O en een aantal "gratis" H⁺ en OH^– ionen.

Dit betekent dat het in feite zowel als zuur als base kan dienen. H₂O zelf kan fungeren als een base door een proton te accepteren om zo een hydroniumion te worden (H₃O⁺). Je kunt zien dat het toevoegen van een hydroniumion aan een hydroxide-ion de juiste grondstof oplevert voor 2 moleculen H₂O te vormen.

Andere definities van zuren en basen helpen bij het verklaren van speciale gevallen die op het eerste gezicht niet logisch lijken, zoals het feit dat ammoniak (NH₃) kan als base dienen ondanks het niet kunnen doneren van een hydroxylgroep.

Dit komt omdat zuren ook kunnen worden gezien als: protondonoren en basen als protonacceptoren; beter nog, zuren kunnen worden behandeld als elektronenpaar acceptoren en basen als elektronenpaardonoren.

Al dit gepraat over oplossingen veronderstelt dat lezers weten wat deze zijn. Hoe dan ook, het kan nooit kwaad om een ​​fundamenteel concept van chemie te herzien dat relevant is voor azijnzuur en ontelbare andere verbindingen.

De meeste reacties waarover je leest of die je zelfs in het lab probeert, komen voor in een waterige oplossing, wat een mooie naam is voor een vaste stof (een opgeloste stof) opgelost in water (meer in het algemeen vereist een oplossing een vloeibaar oplosmiddel, maar het hoeft geen water te zijn).

Wanneer bepaalde vaste stoffen, in het bijzonder ionische verbindingen, in oplossing worden gebracht, lossen ze gemakkelijk op, en vaak is dit een gevolg van de specifieke eigenschappen van de opgeloste stof en het oplosmiddel. Water is bijvoorbeeld een polair molecuul en bevat ook sterke waterstofbruggen.

Wanneer tafelzout, of NaCl, in water wordt geplaatst, zijn de ionische bindingen geen partij voor de elektrochemische eigenschappen van water en vallen ze uit elkaar. Dan een⁺ en Cl^– ionen vinden dan hun weg naar ruimtes tussen de intacte watermoleculen.

Bij zuren en basen zijn de drijvende krachten voor het oplossen anders, maar het resultaat is nog steeds de vorming van ionen. Het hydroniumion (van het gedoneerde proton) vertegenwoordigt het kation, terwijl het anion het. wordt genoemd geconjugeerde base. In de nomenclatuur is dit waar het achtervoegsel "aat" vandaan komt: wanneer azijnzuur dissocieert in zijn samenstellende ionen, wordt de geconjugeerde base die in oplossing achterblijft genoemd acetaat.

Azijnzuur is ook bekend als: azijnzuur en minder vaak als methaancarbonzuur. Het heeft de chemische formule C₂H₄O₂, hoewel het meestal wordt geschreven CH₃COOH om aan te geven dat het een carbonzuur is.

Dit zijn zuren die een carboxylgroep bevatten, een eindstandig koolstofatoom dat zowel aan zuurstof als aan een hydroxylgroep dubbel gebonden is. Het H-atoom van de hydroxylgroep is het zure proton van de verbinding.

Azijnzuur heeft een molecuulgewicht van 60,05 gram per mol (g/mol). De dichtheid van azijnzuur is 1,053 g/mol bij kamertemperatuur in vloeibare vorm, hoewel het ook als vaste stof kan voorkomen. De pKa van azijnzuur is 4,76, wat de pH-waarde is waarbij de helft van het zuur intact is en de andere helft in de ionische vorm.

• De formule voor het acetaat-ion (de geconjugeerde base van azijnzuur) is CH₃COO–.

Azijnzuur kan worden gecombineerd met suikers, specerijen en andere voedingsmiddelen om verschillende azijnen te maken, maar ook buiten de culinaire wereld is het belangrijk. Polymeerverbindingen zoals vinylacetaat worden gebruikt bij de vervaardiging van kunststoffen, terwijl celluloseacetaat wordt gebruikt in de fotografische industrie.

Acetaat is een belangrijke verbinding in de biochemie omdat het kan worden gecombineerd met een molecuul genaamd co-enzym A (CoA) om acetyl COA, een belangrijke chemische stof in de cellulaire ademhaling (met name de Krebs-cyclus of citroenzuurcyclus die optreedt in de mitochondriën).
Azijnzuur wordt op een aantal manieren gemaakt: via de oxidatie van aceetaldehyde, door de oxidatie van ethanol (ethylalcohol) en door de oxidatie van butaan of buteen. Het kan ook op grote schaal gemaakt worden van de 1-koolstofalcohol methanol.

Zuren zijn bijtend en kunnen de huid, ogen en andere organische weefsels beschadigen. Behandel het feit dat azijn drinkbaar is of dat azijnzuur "zwak" wordt genoemd, niet als een excuus om onvoorzichtig te zijn. Als slechts 1 deel op 20 van de meeste azijnen azijnzuur is en de rest water, stel je dan voor hoe het zou voelen op volle sterkte.

Zuren kunnen meer dan alleen de huid beschadigen, omdat sommige vluchtig zijn en gemakkelijk verdampen; dit betekent dat u chemicaliën kunt inademen die het slijmvlies van uw neusholtes en keel kunnen irriteren.

Als algemene richtlijn draag altijd oog- en handbescherming tijdens het werken met zuren en basen, ongeacht de molariteit of de identiteit van het zuur of de base. Om niet met een "zure" noot te eindigen, maar je moet altijd veiligheidsmaatregelen nemen in scheikundelaboratoria, vooral als je er meer van wilt blijven doen!