SYROR OCH BASER

Alla vet att citroner och vinäger smakar surt. Vad som är basiskt är kanske lite svårare att föreställa sig, men vi kan enkelt se det som motsatsen till surt. I många kemiska analyser och reaktioner är det viktigt att veta hur sur eller basisk lösningen är och för detta har vi ytterligare en enhet – pH. Du har säkert hört talas om detta begrepp på högstadiet och mätt pH i olika lösningar med hjälp av indikatorpapper som på bilden här bredvid. Idag finns det mycket känsliga elektroniska apparater som mäter pH med stor noggrannhet.

Vi kommer i detta avsnitt att gå djupare in på syror och baser, och vi kommer att göra enklare beräkningar med pH-begreppet.

Syror

Syror har följande allmänna egenskaper:
• De har sur smak
• De ger sur reaktion i vattenlösning
• De bildar koldioxid vid kontakt med karbonater (till exempel kalksten)
• Många syror reagerar med oädla metaller
• Vattenlösningar av syror leder ström (eftersom det finns fria joner)

Definition av en syra – en syra är en partikel (molekyl eller jon) som kan avge en proton, alltså en protongivare.
Definition av en stark syra – när en stark syra löses i vatten avger nästa alla syramolekyler sina protoner.
Definition av en svag syra – när en svag syra löses i vatten avger bara en liten del av syramolekylerna sina protoner.

Några viktiga syror
Saltsyra (HCl) – stark syra, vidsträckt användning inom industrin. Vi producerar saltsyra i magsäcken.

Svavelsyra (H2SO4) – stark syra, används för tillverkning av sprängämnen, konstgödsel, färger, etc.

Salpetersyra (HNO3) – stark syra, används för tillverkning av sprängämnen, konstgödsel, etc.

Ättiksyra (CH3COOH) – svag syra, vidsträckt användning inom industrin och i matlagning. Ättiksyra ger det sura i vinäger.

Kolsyra (H2CO3) – mycket svag syra, finns i alla naturliga vattenlösningar.

Om man blandar 2/3 koncentrerad saltsyra med 1/3 koncentrerad salpetersyra får man Aqua Regia – den enda syra som kan lösa upp guld och platina.

När man skall späda ut en stark syra skall man alltid hälla syran i vatten – SIV-regeln (Syra I Vatten)

Reaktionen mellan en stark syra och vatten frigör energi och om vatten sätts till syran börjar det koka med kringskvättande syra som resultat. Häller man syran i vatten i små portioner blir värmeutvecklingen kontrollerbar.
 

Baser

Baser har följande allmänna egenskaper:
• De känns tvålaktiga mellan fingrarna
• De ger basisk reaktion i vattenlösning
• Vattenlösningar av baser leder ström  (eftersom det finns fria joner)

Definition av en bas – en bas är en partikel (molekyl eller jon) som kan ta upp en proton, alltså en protontagare.
Definition av en stark bas – en stark bas är oftast en lättlöslig jonförening som innehåller hydroxidjoner.
Definition av en svag bas – när en svag bas löses i vatten avges bara en liten del av hydroxidjonerna
                                                  (eller tas bara en liten del H+ upp såsom är fallet med ammoniak).


Några viktiga baser
Natriumhydroxid (NaOH) – stark bas, vidsträckt användning inom industrin. Kallas även natronlut eller kaustiksoda.

Ammoniak (NH3) – svag bas, används för tillverkning av konstgödsel, rengörningsmedel, etc.       H2O + NH3(g)  →  NH4 (aq) + OH

Natriumkarbonat (Na2CO3) – stark bas, används som rengöringsmedel, vid glastillverkning och som surhetsreglerande i livsmedel. Kallas även målarsoda eller kristallsoda.

Släkt kalk (Ca(OH)2) – stark bas, används framförallt i murbruk.

Neutralisering

När en stark syra reagerar med en stark bas sker följande reaktion:

HCl(aq) + NaOH(aq)  →  Na+(aq)  +  Cl(aq) + H2O

Vätejonerna (protonerna) kan även skrivs som oxoniumjoner: 
H+ + H2O   →   H3O+

När dessa sedan reagerar med hydroxidjoner bildas vatten:  H3O+ + OH–   →   2H2O

En neutral lösning är varken sur eller basisk. En neutralisering sker då lika substansmängder H+ och OH– reagerar med varandra.
 

Vattnets autoprotolys

Vatten kan fungera som både protongivare och protontagare, alltså vara både syra och bas. Denna egenskap kallas amfolyt.

Vattnets autoprotolys:    H2O     →    H+ + OH–    eller    2H2O     →    H3O+ + OH

Sur lösning: [H+] > [OH]
Neutral lösning: [H+] = [OH]
Basisk lösning: [H+] < [OH]

 

Buffertlösningar

En buffertlösning är en kemikalie som vanligtvis består av en svag syra samt dess korresponderande bas i jämförbara koncentrationer. Buffertsystemet gör att pH-värdet ändras mycket lite vid tillsats av måttliga mängder av en annan syra eller bas.
En buffert håller också pH-värdet ungefärligen konstant vid spädning med vatten.

Ett exempel på buffert är kolsyrasystemet i vårt blod eller i havsvatten. Där finns både H2CO3 och HCO3 i undefär lika mängder. Vid tillsats av syra tas protonerna upp av HCO3 som bildar H2CO3. Vid tillsats av hydroxidjoner, släpps en proton från H2CO3 så att vatten och HCO3 bildas.

Beräkningar

Beräkningar av lösningar med syror eller baser utgår från koncentrationen av vätejoner eller hydroxidjoner. I naturliga system är koncentrationerna ofta låga, så en logaritmisk skala är praktisk:

pH = –log [H+] , för basiska lösningar används ofta det analoga begreppet pOH = –log [OH]. Koncentrationen anges i mol/dm3.

Användbart är också att pH + pOH = 14 och att [H+] = 10–pH.

Exempel
Vad är pH i en lösning med [H+] = 3,57•10-4mol/dm3
Svar: pH = 3,45

Vad är [H+] i en lösning med pH 2,78? 

Svar: [H+] = 1,66•10-3 mol/dm3

Indikatorer

Det finns ett flertal ämnen, både naturliga och konstgjorda, som ändrar färg vid olika pH. Ett exempel är rödkålsavkok – se exempel på labbrapporter. Vid våra laborationer kommer vi att använda fenolftalein eller bromtymolblått, som har tydligare färgomslag mellan surt och basiskt.

Laborationer

Nu har du kommit så här långt i kursen arbetar vi inte längre med färdiga laborationshandledningar. Vill du ha ett recept skall du välja Hemkunskap istället. Laborationerna börjar med en genomgång av vad som skall uppnås, men du måste själv tänka igenom vilka redskap som skall användas och hur labben skall genomföras på bästa sätt. De laborationer vi gör under detta avsnitt är:

• Bestämma koncentrationen för en okänd NaOH-lösning (vecka 3)
• Bestämma ättiksyrahalten hos vinäger (vecka 5)

Övningar

När du känner att du behärskar bokens uppgifter, kan du fortsätta med dessa övningsexempel.

Provexempel

Här nedan finns två exempel på hur ett prov för avsnittet kan se ut. OBS! Uppdaterat sent 28/1 på grund av några småfel i facit.

Tillägg: Provexempel 2, fråga 8 skall vara saltsyra i frågan.