Hoofdstuk 2
Zuren en basen

§1 Zuren en basen
§2 Schoonmaken
§3 Zuren en basen II
§4 Zuur-basereacties
§5 Titreren

§1 Zuren en basen

In deze paragraaf introduceren we zuren, basen en pH-neutrale stoffen.

In het dagelijks leven komen we veel zuren tegen. Citroensap en azijn worden bijvoorbeeld geregeld gebruikt in maaltijden. Zoutzuur is het zuur waarmee eten verteerd wordt in je maag. Basische stoffen ken je ook. Zeep is een voorbeeld van een basische stof. Je hebt zeep vast wel eens per ongeluk geproefd. De zeepsmaak is kenmerkend voor veel basische stoffen.

Hoe zuur of hoe basisch een stof is geven we aan met een getal genaamd de zuurgraad, ook wel de pH-waarde genoemd. Een zuur heeft een pH onder de 7. Hoe lager de pH, hoe zuurder de stof. Basen hebben een pH-waarde van boven de 7. Hier geldt dat hoe hoger de pH, hoe meer basisch de stof is. Stoffen met een pH van 7 noemen we pH-neutraal. Deze stoffen zijn niet zuur en niet basisch. Het bekendste voorbeeld hiervan is water.

We kunnen de zuurgraad van een stof bepalen met behulp van een indicator. Een bekend voorbeeld hiervan is rodekoolsap. Hieronder is rodekoolsap toegevoegd aan een aantal stoffen met toenemende pH-waarde van links naar rechts. Met behulp van een chemische reactie verkleurt de sap afhankelijk van de pH-waarde. Rodekoolsap wordt rood in erg zure stoffen en geel in erg basische stofen.

(Afbeelding; Epaenurk; CC BY-SA 3.0)

Andere voorbeelden van indicatoren zijn lakmoes en fenolftaleïne. Lakmoes wordt vaak aangebracht op een dun strookje papier. Een druppel van een zuur op dit papier maakt het rood en een druppel van een base maakt het blauw. Fenolftaleïne blijft kleurloos in een zuur en wordt paars in een basische stof. Het is niet nodig dit uit je hoofd te weten, want voor een heel aantal indicatoren zijn de kleurovergangen te vinden in BINAS.

Een erg nauwkeurige manier om de pH-waarde te bepalen is met universeel indicatorpapier. Als je een stof in aanraking brengt met dit papier, dan verkleurt het. Bij een rolletje indicatorpapier is een legenda afgebeeld waarop je kan zien welke pH-waarde hoort bij welke kleur (zie de onderstaande afbeelding).

(Afbeelding: AGeremia CC BY-SA 4.0)

Hieronder zien we een aantal stoffen met de bijbehorende pH-waarde en de kleur van het universeel indicatorpapier:

(Afbeelding: Edward Stevens; CC BY 3.0-mod)

In de onderstaande tabel zijn een aantal zuren en basen te vinden die je uit je hoofd moet kennen:

Zuur		Base
Triviale naam	Chemische formule	Triviale naam	Chemische formule
Zoutzuur	HCl	Natronloog	NaOH (aq)
Salpeterzuur	HNO₃	Kalkwater	Ca(OH)₂ (aq)
Zwavelzuur	H₂SO₄	Soda	Na₂CO₃
Koolzuurhoudend water	H₂CO₃ (aq)	Ammonia	NH₃ (aq)
Azijnzuur	HAc
Fosforzuur	H₃PO₄

Laten we beginnen met de zuren uit de tabel. Zoutzuur, oftewel waterstofchloride, is in zuivere vorm een gas, maar het kan ook worden opgelost in water. Deze oplossing wordt o.a. in de maag gebruikt bij het verteren van voedsel. Salpeterzuur en zwavelzuur zijn de oorzaak van zure regen. Zwavelzuur komen we ook tegen in accu's van auto's. De formule voor azijnzuur is eigenlijk CH₃COOH, maar dit wordt vaak afgekort tot HAc. Een oplossing van azijnzuur wordt ook wel azijn genoemd. Dit zuur gebruiken we o.a. bij het bereiden van voedsel en als schoonmaakmiddel. Fosforzuur komen we o.a. tegen in cola.

In geconcentreerde vorm zijn deze zuren agressief. Ze zijn bijtend en irriterend voor de huid en de slijmvliezen en kunnen in sommige gevallen zelfs brandwonden tot gevolg hebben. In de scheikundeles werk je meestal met sterk verdunde versies van deze zuren, maar ook hier is voorzichtig gebruik noodzakelijk.

En nu de basen. Ook deze stoffen zijn vaak bij hoge concentraties bijtend en irriterend. Natronloog is een oplossing van natriumhydroxide in water. Dit wordt o.a. gebruikt als gootsteenontstopper. Ammoniak is een gas dat opgelost in water bekend staat als ammonia. Deze oplossing wordt bijvoorbeeld gebruikt bij het verwijderen van vetten en bij het produceren van kunstmest. Soda werkt ook goed bij het verwijderen van vetten. Kalkwater wordt o.a. gebruikt bij het aantonen van koolstofdioxide.

Leerdoelen:

Zorg dat je weet dat zuren een pH-waarde hebben van onder de 7, neutrale stoffen van 7 en basen van boven de 7

Zorg dat je met behulp van BINAS kan opzoeken wat de kleuren zijn van indicatoren bij verschillende pH-waarden

Zorg dat je de zuren en basen in de tabel uit de paragraaf uit je hoofd kent

Opdrachten

Een persoon heeft een oplossing met een pH-waarde van 4,5.

(1p) Leg uit of we hier te maken hebben met een zuur of een base?

(1p) De persoon verdunt de oplossing met water. Gaat de pH-waarde hierdoor omhoog of omlaag?

(1p) De persoon blijft de oplossing verdunnen. Leg uit welke pH-waarde de oplossing op den duur zal krijgen.

(1p) Beantwoord nogmaals deze vraag, maar nu in het geval van het verdunnen van ammonia.

(1p) Leg aan de hand van een afbeelding uit de paragraaf uit of ketchup een zuur is of een base.

(1p) Een persoon heeft drie bakjes met daarin water, azijn en ammonia. Het eerste bakje heeft een pH-waarde van 4, de tweede van 10 en de derde van 7. Leg uit welke stof in welk bakje zit.

De huid van de mens heeft een pH-waarde van 5,5. Deze waarde zorgt ervoor dat de groei van bacteriën geremd wordt.

(1p) Is de huid zuur, basisch of neutraal.

(1p) Leg uit wat het nadeel is van het wassen van de huid met zeep.

(1p) In reclames spreek men soms van pH-neutrale zeep die de pH-waarde van de huid niet aanpast. Leg uit of dit scheikundig correct taalgebruik is.

Eén van de basen uit de tabel in de paragraaf bestaat uit moleculen. Om welke base gaat het? Licht je keuze toe.

(1p) Uit welke ionen bestaat kalkwater.

(1p) Uit welke ionen bestaat soda.

(1p) Een leerling voegt fenolftaleïne toe aan een onbekende oplossing. De oplossing wordt hierdoor lichtpaars. Concludeer hieruit of de stof een zuur of een base is.

(1p) Zure regen kan ontstaan doordat zwaveldioxide met water en zuurstof uit de lucht een zuur vormt. Welk zuur is dit?

§2 Schoonmaken

In het dagelijks leven komen we scheikunde vaak tegen bij het schoonmaken. Vaak zijn schoonmaakmiddelen zuren of basen. In deze paragraaf gaan we hierover leren.

Zoals je weet zijn sommige vlekken gewoon met water uit je kleding te wassen en andere niet. De vlekken die we wel met water wegkrijgen hebben de eigenschap dat ze oplossen in water. We noemen dit ook wel hydrofiele stoffen. Een goed voorbeeld hiervan zijn de suikers in zoete drankjes, zoals limonade.

Bij hydrofobe stoffen is schoonmaken met alleen water niet voldoende. Neem bijvoorbeeld vetvlekken. Vet lost niet op in water. We kunnen deze vlekken wel verwijderen met zeep. De ionen waaruit zeep bestaan hebben de vorm van een klein speldje (dit ion is rechts van de onderstaande afbeelding te zien). De koppen van deze speldjes zijn geladen en trekken daarom watermoleculen aan. Als gevolg zijn ze hydrofiel. De stelen van deze speldjes zijn hydrofoob. Dit betekent dat ze afgestoten worden door water. Als de zeepmoleculen in de buurt van vet komen, dan zijn de stelen hierdoor geneigd om in het vet te steken om bij het water weg te blijven (zie de onderstaande afbeelding). Op een gegeven moment is het vet helemaal ingekapseld door de zeepmoleculen en omdat de koppen van de zeepmoleculen hydrofiel zijn, kan het vetbolletje nu oplossen in water en daarmee losweken uit de kleding. Daarna kan het water worden weggespoeld. We zeggen hier dat water dient als spoelmiddel.

(Afbeelding: AGeremia CC BY-SA 4.0)

Zoals je weet gebruiken we zeep ook om de huid schoon te maken. Dit werkt erg goed, maar het heeft ook nadelen. Er zit namelijk een vettig talglaagje op de huid dat zorgt dat de huid niet uitdroogt. Dit laagje wordt door zeep verwijderd. Vaak wassen kan daarom uitdroging van de huid veroorzaken.

Naast zeep wordt ook soda gebruikt om vetten te verwijderen. Net als zeep, is ook soda een basische stof. Voor vetten die zelfs met zeep en soda niet oplossen, kan een sterkere basische stof gebruikt worden, bijvoorbeeld gootsteenontstopper of ammonia.

Een ander voorbeeld van een stof die niet oplost in water is nagellak. Om nagellak op te lossen wordt vaak aceton gebruikt. Om verf op te lossen gebruiken we vaak terpentine of wasbenzine.

Een ander type vuil waar we in huis graag vanaf willen is kalkaanslag, ook wel ketelsteen genoemd. Zoals je weet is "water" uit de kraan geen zuiver water. Er zijn namelijk allerlei mineralen in drinkwater opgelost, met name calcium- en magnesiumionen. We noemen water met deze mineralen ook wel hard water. Als hard water verdampt, dan blijft kalkaanslag achter. Dit kan je bijvoorbeeld zien als je een pan water laat droogkoken. Er blijft dan een duidelijk zichtbaar laagje kalkaanslag achter. We zien dit ook vaak in de badkamer op plekken waar veel water verdampt, zoals bij een kraan (zie de onderstaande linker afbeelding). Een andere plek waar we kalk tegenkomen is bijvoorbeeld op het warmte-element in een waterkoker of wasmachine (zie de rechter onderstaande afbeelding). Omdat kalk warmte slecht geleid maakt dit de wasmachine op den duur minder efficiënt.

(Zbigniew Czernik; CC BY 3.0 / Hustvedt; CC BY-SA 3.0)

Water wordt hard als o.a. calciumcarbonaat (CaCO₃) in de natuur reageert met water en koolstofdioxide. Er ontstaat hierbij een oplossing van calciumionen (Ca²⁺) en waterstofcarbonaationen (HCO₃^-). Hieronder zien we de reactie:

$$ \text{CaCO}_3\text{(s)} + \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ca}^{2+}\text{(aq)} + \text{2HCO}_3^- \text{(aq)} $$

De omgekeerde reactie vindt plaats bij de vorming van ketelsteen (calciumcarbonaat):

$$ \text{Ca}^{2+}\text{(aq)} + \text{2HCO}_3^- \text{(aq)} \rightarrow \text{CaCO}_3\text{(s)} + \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} $$

De hardheid van water wordt gemeten in Duitse hardheidsgraden. Dit korten we af tot ^oD, of ook wel DH. Er geldt dat voor elke DH er 7,1 mg calcium- en magneisumionen in een liter water zit.

Voorbeeld

Vraag:

De hardheidsgraad van water verschilt in verschillende delen van Nederland. Rond Amsterdam is de hardheidsgraad rond de 7,8 ^oD. Een huishouden gebruikt per jaar gemiddeld 150 000 L water. Bereken hoeveel kilogram opgeloste mineralen gemiddeld per jaar de leidingen van Amsterdamse huizen binnenstromen.

Antwoord:

Per Duitse hardheidsgraad zit er 7,1 mg calcium en magnesium in een liter water. Met een hardheid van 7,8 ^oD zit er dus 7,1 × 7,8 = 55,38 mg kalk in een liter water.

Per jaar wordt er gemiddeld 150 000 liter per huishouden gebruikt. De totale hoeveelheid mineralen die elk huis binnenstroomt is dus 55,38 × 150 000 = 8 307 000 mg. Dit komt overeen met 8,3 kilogram.

Om kalkaanslag te voorkomen heeft het drinkwaterbedrijf al een groot deel van de calcium- en magnesiumionen verwijderd, maar niet alles. Om te voorkomen dat een afwasmachine een laag kalk op je glazen achterlaat, wordt aan veel afwasmiddelen waterontharders toegevoegd. Dit is een stof die met Ca²⁺ een slecht oplosbaar zout vormt. Een voorbeeld van een ontharder is soda (Na₂CO₃). De carbonaationen in soda reageren met de calciumionen in het water en zorgen ervoor dat calciumcarbonaat neerslaat:

$$ \text{Ca}^+ + \text{CO}_3^{2-} \rightarrow \text{CaCO}_3 \text{ (s)} $$

Een andere oplossing om water te ontharden is met een ionenwisselaar. Dit is een stof met aan de buitenkant ionen, bijvoorbeeld natriumionen. Calciumionen in het water kunnen de plek innemen van deze natriumionen. Vandaar dat we spreken van een ionenwisselaar.

Als de kalkaanslag al is gevormd, kunnen we het verwijderen met zuren. Een goed voorbeeld is schoonmaakazijn.

In moderne wasmiddelen zitten een heel aantal stoffen. De belangrijkste is detergent. Dit is een stof die in werking lijkt op zeep, maar het is wel pH-neutraal, wat beter is voor de huid. Een ander voordeel van detergent is dat hiermee geen kalkzeep wordt gevormd, wat wel gebeurt als traditionele zeep reageert met calciumionen. Detergent heeft wel het nadeel dat het slechter is voor het milieu.

Naast detergent bevat wasmiddel vaak nog een aantal andere stoffen waarmee verschillende typen vlekken verwijderd kunnen worden. Enzymen worden bijvoorbeeld gebruikt voor eiwitvlekken (zoals zweet en bloed). Een ontharder voorkomt kalkaanslag. Aan wasmiddel voor witte was is ook bleek toegevoegd om kleurstofvlekken te verwijderen. Let er wel op dat je geen gekleurde was met dit wasmiddel in aanraking laat komen, want dan ben je de kleur kwijt.

Als laatste bespreken we schuurmiddel. Hierin zitten fijne korreltjes vaste stof die een schurende werking hebben. Een voorbeeld is garagezeep, dat gebruikt wordt in garages en werkplaatsen om hardnekkige olie- en vetvlekken te verwijderen. Een ander voorbeeld is tandpasta, waarin krijt zit dat fungeert als een licht schuurmiddel om je tanden schoon te krijgen.

Leerdoelen:

Zorg dat je weet dat hydrofiele stoffen oplossen in water en hydrofobe stoffen niet

Zorg dat je weet dat vetten in zeep oplossen. Zorg dat je de werking van zeep kan uitleggen met behulp van het hydrofobe en hydrofiele deel van het zeepmolecuul

Zorg dat je weet dat je soda, gootsteenontstopper en ammonia kan gebruiken bij het verwijderen van vetten. Aceton kan je gebruiken bij het verwijderen van nagellak en terpentine en wasbenzine bij het verwijderen van verf

Zorg dat je weet dat kalkaanslag ontstaat als de calcium- en magnesiumionen in drinkwater neerslaan (als calciumcarbonaat en magnesiumcarbonaat)

Zorg dat je weet dat water hard wordt genoemd als er calcium- en magnesiumionen in opgelost zijn

Zorg dat je kan rekenen met Duits Hardheidsgraden (DH of ^oD). Voor elke hardheidsgraad dit er 7,1 mg calcium- of magnesiumionen in een liter water

Zorg dat je weet dat je kalkaanslag kan verwijderen met zuren

Zorg dat je weet wat waterontharders en ionenwisselaars zijn en dat je hiermee de hardheid van water kan verminderen

Zorg dat je weet dat in moderne wasmiddelen pH-neutraal detergent zit dat beter is voor de huid en geen kalkzeep vormt

Zorg dat je weet wat schuurmiddelen zijn

Opdrachten

(2p) Met zeep kunnen vetten worden verwijderd. Beschrijf hoe dit op moleculair niveau gebeurt.

(1p) Noteer welke schoonmaakmiddelen je kan gebruiken bij: suikervlekken, vetvlekken, nagellak, verf en kalkaanslag.

(5p) Noem vier stoffen uit de tekst waarmee vetten verwijderd kunnen worden.

(4p) In een wasmachine gebruiken we vaak detergent in plaats van zeep. Noem een voordeel en een nadeel hiervan.

(1p) Noem vier ingrediënten in wasmiddel voor witte was.

Een garage moet nodig gereinigd worden. Er zijn grote verf- en olievlekken.

(2p) Noem in beide gevallen een voorbeeld van een stof waarmee dit vuil verwijderd kan worden.

(1p) Om een aantal olievlekken te verwijderen moet een schuurmiddel gebruikt worden. Leg uit wat een schuurmiddel is en hoe het werkt.

(1p) De buurman heeft een "wondermiddel" ontdekt waarmee hij kalkaanslag in de waterkoker goed kan verwijderen. Hieronder is het resultaat te zien. Welke van de volgende stoffen zou wel eens in zijn wondermiddel kunnen zitten: wasbenzine, citroensap, sodaoplossing of detergent.

Een leerling is een taart aan het bakken. Tijdens het bakken maakt hij een aantal vlekken op zijn witte schort. De vlekken bestaan uit boter, olijfolie en jam. Ook heeft de leerling zich per ongeluk gesneden aan een mes en zo is er een bloedvlek op zijn schort gekomen.

(1p) Leg uit welke vlek alleen met water al schoon te krijgen is.

(1p) Daarna maakt de leerling een sopje met zeep. Welke vlekken kan hij hiermee gemakkelijk verwijderen?

(1p) Om de laatste vlekken te verwijderen besluit de leerling het schort in de wasmachine te doen. Welke stoffen in het wasmiddel zorgen ervoor dat deze laatste vlekken ook verdwijnen?

De hardheidsgraad van water verschilt in verschillende delen van Nederland. Rond Amsterdam zit de hardheidsgraad rond de 7,8 ^oD. Voor elke hardheidsgraad zit er 7,1 mg calcium in een liter water.

(2p) Bereken hoeveel gram calcium er in een kubieke meter water zit in Amsterdam.

(2p) Als we ervan uitgaan dat elk huishouden per jaar 150 000 L water verbruikt, hoeveel kilogram calcium stroomt er dan per jaar onze huizen binnen?

Het kraanwater in een dorpje in Nederland heeft een hardheidsgraad van 8,4 ^oD.

(3p) Bereken hoeveel kg calcium er is opgelost in 2000 liter van dit water.

(3p) In een krantenartikel staat dat een huishouden in het dorpje gemiddeld 9 kg kalk per jaar het huis binnenkrijgt via het leidingwater. Van welk gemiddeld jaargebruik van water zijn de schrijvers van het artikel uitgegaan?

In Friesland wordt water uit de bodem opgepompt om er drinkwater van te maken. In onderstaande tabel staan enkele gegevens van het opgepompte water en het gezuiverde drinkwater:

opgepompt
water drinkwater

ijzerionen 6,1 mg/L 0,1 mg/L

mangaanionen 0,25 mg/L 0,0 mg/L

magnesiumionen 11 mg/L 10 mg/L

calciumionen 90 mg/L 45 mg/L

pH 7 8,3

(1p) Leg uit dat uit de tabel blijkt dat ontharding van het opgepompte water heeft plaatsgevonden bij de bereiding tot drinkwater. Vermeld in je uitleg de namen van twee betrokken ionsoorten.

(1p) Uit de tabel blijkt dat de zuurgraad verandert bij de zuivering. Geef voor zowel het opgepompte water als het gezuiverde drinkwater aan of het zuur, basisch of neutraal is.

(2p) Bepaal de hardheid van water voor en na de zuivering.

(2p) Het drinkwaterbedrijf produceert 2,5 × 10¹⁰ L drinkwater per jaar. Bereken aan de hand van de gegevens uit de tabel hoeveel kg ijzerionen minimaal per jaar verwijderd wordt.

(1p) Uit het water worden ook stoffen verwijderd die een lichtgele kleur veroorzaken. Hierbij wordt een ionenwisselaar gebruikt. Wat gebeurt er in een ionenwisselaar met de stoffen die de kleur in het water veroorzaken? Kies uit de volgende opties:
- Deze hechten zich aan de ionenwisselaar.
- Deze ontleden in de ionenwisselaar.
- Deze vormen een neerslag in de ionenwisselaar.
- Deze worden gefiltreerd door de ionenwisselaar.

(Bron: Examen VMBO-T, 2023-1)

§3 Zuur en basen II

In deze paragraaf gaan we begrijpen wat een zuur een zuur maakt en een base een base. Dit heeft alles te maken met waterstofionen.

Zuren

Zoals je misschien is opgevallen in de tabel in de eerste paragraaf, bevat elk zuur een waterstofatoom. Dit waterstofatoom noteren we altijd als eerst in de formule van een zuur. Bij het oplossen van zuren komt het waterstofatoom vrij als een los waterstofion (H⁺). Er geldt:

zuur	notatie zuuroplossing
Zoutzuur (HCl)	H⁺ (aq) + Cl^- (aq)
Verdund salpeterzuur (HNO₃)	H⁺ (aq) + NO₃^- (aq)
Verdund zwavelzuur (H₂SO₄)	2 H⁺ (aq) + SO₄^2- (aq)
Koolzuurhoudend water (H₂CO₃)	2 H⁺ (aq) + CO₃^2- (aq)
Azijn (HAc)	H⁺ (aq) + Ac^- (aq)
Verdund fosforzuur (HPO₄)	H⁺ (aq) + PO₄^3- (aq)

Er geldt dat hoe groter de concentratie waterstofionen is, hoe zuurder de stof smaakt, dus hoe lager de pH is. Het andere ion dat bij het oplossen van zuren ontstaat, heeft geen invloed op de pH. We noemen dit het zuurrestion.

Met deze theorie kunnen we o.a. begrijpen waarom frisdrank een zure smaak heeft. In frisdrank zit namelijk koolstofdioxide en dit kan de volgende reactie aangaan met water:

$$ \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{2 H}^+ + \text{CO}_3^{2-} $$

We zien hier twee losse waterstofionen, wat de oorzaak is van de zure smaak. Als we in de bovenstaande tabel kijken, dan herkennen we de oplossing die ontstaat als koolzuurhoudend water. We noemen frisdranken daarom ook wel koolzuurhoudende dranken.

We kunnen met deze theorie ook begrijpen dat zuren onedele metalen kunnen aantasten. De waterstofionen kunnen namelijk reageren met sommige metaalatomen. Bij deze reactie ontstaan losse opgeloste metaalionen en waterstofgas. Neem bijvoorbeeld de reactie tussen een zuur en zink:

$$ \text{Zn(s)} + \text{2 H}^+\text{(aq)} \rightarrow \text{Zn}^{2+}\text{(aq)} + \text{H}_2 \text{(g)} $$

We noemen dit oplossen van metalen ook wel etsen. Vroeger werd met deze techniek een tekening van groeven in metaal gemaakt. Op het metaal werd eerst een waslaag aangebracht. Met een naald werd dan in deze laag een tekening gemaakt. Daarna werd het metaal bewerkt met een zuur. Alleen op de plekken waar de waslaag weggekrast was, loste het metaal op. Het metaal dat overbleef kon dan dienen als een stempel om meerdere afdrukken te maken.

Basen

Laten we nu basen bespreken. Basen kunnen juist gemakkelijk een waterstofion opnemen als deze in de buurt is. Dit geldt voor de volgende ionen:

Base	Voorbeeld
OH^-	Natronloog: Na⁺ (aq) + OH^- (aq) Kalkwater: Ca²⁺ (aq) + OH^-(aq)
O^2-	-
CO₃^2-	Soda-oplossing: 2 Na²⁺ (aq) + CO₃^2- (aq) Koolzuurhoudend water: H⁺ (aq) + CO₃^2- (aq)
NH₃	Ammonia: NH₃ (aq)

OH^- komt zoals je in de tabel kan lezen bijvoorbeeld voor in natronloog en kalkwater. CO₃^2- komt bijvoorbeeld voor in soda en koolzuurhoudend water. Ammoniak wordt in opgeloste vorm ammonia genoemd.

Hoe hoger de concentratie van deze ionen, hoe sterker de base en hoe hoger de pH.

Leerdoelen:

Zorg dat je zuren kan herkennen aan de aanwezigheid van waterstofionen

Zorg dat je weet dat de waterstofionen in een zuur een etsende werking kunnen hebben op metalen

Zorg dat je basen kan herkennen aan de aanwezigheid van hydroxide-ionen (OH^-), zuurstofionen (O^2-), carbonaationen (CO₃^2-) en ammoniak (NH₃)

Opdrachten

(1p) Een leerling heeft een oplossing van H⁺ en Cl^-. Geef de triviale naam van de oplossing.

(1p) Geef de formule van het positieve en negatieve ion in een salpeterzuuroplossing.

(1p) Geef de notatie van azijn. Kies uit de volgende twee opties:
I: HAc (l)
II: H⁺ (aq) + Ac^- (aq)

(1p) Vitamine C is een zuur. Welke eigenschap heeft vitamine C? Kies uit de volgende opties:
Het kan H⁺ afstaan
Het kan H⁺ opnemen
Het kan OH^- afstaan
Het kan OH^- opnemen

(1p) Is een oplossing van lood(II)hydroxide een zuur of een base. Geef ook het ion waar je je antwoord op baseert.

(2p) Koolzuurhoudend water heeft een ion dat geassocieerd wordt met zuren en een ion dat geassocieerd wordt met basen. Leg dit uit.

Een leerling laat een oplossing van zwavelzuur reageren met een stuk ijzer. Hierbij ontstaat waterstof.

(1p) Geef de formule van zwavelzuur.

(1p) De bijbehorende reactievergelijking is: $$ \text{Fe (s)} + \text{2 H}^+ \text{(aq)} \rightarrow \text{Fe}^{2+} \text{(aq)} + \text{H}_2 \text{(g)} $$ Hoe is de aanwezigheid van zwavelzuur duidelijk in de reactievergelijking?

(1p) Wat gebeurt er met de massa van het brok ijzer tijdens deze reactie? Leg uit of de massa toeneemt, afneemt of gelijk blijft.

(Bron: Examen VMBO-T, 2022-1)

Stikstofoxides in zure regen zorgen indirect dat regen zuur wordt. Dit gebeurt via de volgende reactie die hieronder onvolledig is weergegeven: $$ \text{... NO}_2 + \text{O}_2 + \text{2 H}_2\text{O} \rightarrow \text{... H}^+ + \text{... NO}^{3-} $$

(1p) Alleen drie coëfficiënten ontbreken. Neem deze onvolledige vergelijking over en vul de coëfficiënten aan.

(1p) Hoe herken je de aanwezigheid van een zuur in de regen.

(Bron: Examen VMBO-T, 2022-2)

§4 Zuur-basereacties

In deze paragraaf bestuderen we de reactie tussen zuren en basen. We noemen dit zuur-basereacties. Hiermee kunnen zuren en basen geneutraliseerd worden.

Stel we laten natronloog (Na⁺ (aq) + OH^- (aq)) reageren met bijvoorbeeld zoutzuur (H⁺ (aq) + Cl^- (aq)). In dit geval herkennen we het hydroxide-ion (OH^-) in natronloog als een base en het waterstofion (H⁺) in zoutzuur als het zuur. Als we deze twee ionen laten reageren, dan ontstaat water:

$$ \text{OH}^- + \text{H}^+ \rightarrow \text{H}_2\text{O} $$

Merk op dat de natriumionen (Na⁺) en de chloride-ionen (Cl^-) in de bovenstaande reactie niet genoemd zijn. Dit komt omdat deze ionen gewoon opgelost blijven in het water en geen reactie ondergaan.

Merk op dat bij deze reactie zowel het zuur als de base verdwenen is. Met een zuur kan je dus een base neutraliseren en andersom. Als we een base toevoegen aan een zuur, dan wordt de stof minder zuur. De pH van het zuur gaat dan omhoog. En als we een zuur toevoegen aan een base, dan wordt de stof minder basisch. De pH van de base gaat dan omlaag.

Dit principe wordt bijvoorbeeld gebruikt als mensen te veel maagzuur produceren. Met een basisch medicijn genaamd een Rennie, bestaande uit o.a. carbonaationen, kan een deel van dit zuur geneutraliseerd worden. Een ander voorbeeld is het neutraliseren van verzuurde grond met kalkwater. Tandenpoetsen werkt ook neutraliserend. Bacteriën in de mond produceren namelijk zuren die door de tandpasta geneutraliseerd worden.

Een ander voorbeeld van een zuurbasereactie is een reactie tussen het zure waterstofatoom (H⁺) en het basische carbonaation (CO₃^2-). Een base waarbij dit ion voorkomt is bijvoorbeeld opgeloste soda (Na₂CO₃ (aq)). Als soda reageert met een zuur, dan krijgen we de volgende reactie waarbij water en koolstofdioxide vormt:

$$ \text{CO}_3^{2-} + \text{2H}^+ \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} $$

Deze reactie vindt o.a. plaats bij het ontkalken van bijvoorbeeld de kraan in de badkamer met behulp van een zuur. Deze reactie ziet er als volgt uit:

$$ \text{CaCO}_3\text{ (s)} + \text{2 H}^+ \rightarrow \text{Ca}^{2+}\text{(aq)} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 $$

De calciumionen die hierbij ontstaan zijn in het water opgelost en kan je dus gemakkelijk wegspoelen.

Voor redenen die te ver gaan om in dit hoofdstuk te bespreken gedraagt ammonia (NH₃ (aq)) zich ook als een base. Als het reageert met een zuur, dan vormt NH₄⁺:

$$ \text{NH}_3 + \text{H}^+ \rightarrow \text{NH}_4^+ $$

Leerdoelen:

Zorg dat je zuur-basereacties kan herkennen aan de hand van de aanwezigheid van de ionen uit de vorige paragraaf

Zorg dat je begrijpt dat je een zuur kan neutraliseren met een base en andersom

Opdrachten

Een docent wil demonstreren dat natrium reageert met water. De volgende reactie treedt hierbij op: $$ \text{2 Na (s)} + \text{2 H}_2\text{O (l)} \rightarrow \text{2 Na}^+ \text{(aq)} + \text{2 OH}^- \text{(aq)} + \text{H}_2 \text{(g)} $$

(1p) Noem de zoutoplossing die ontstaan is bij de reactie.

(1p) Leg aan de hand van de reactievergelijking uit of we hier te maken hebben met een base of een zuur.

Calciumcarbide reageert met water tot het gas ethyn (C₂H₂) en een oplossing van een zout. De vergelijking van deze reactie is hieronder weergegeven. $$ \text{CaC}_2 + \text{2 H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_2 + \text{Ca}^{2+} + \text{2 OH}^- $$

(1p) Geef de triviale naam van de gevormde zoutoplossing.

(1p) Uit de gegeven vergelijking blijkt dat de pH van de vloeistof verandert. Hoe kan je dit zien?

(Bron: Examen VMBO-T, 2023-1)

(3p) Een leerling laat azijn reageren met natronloog. Geef de vergelijking van de reactie die plaatsvindt. Vermeld ook de toestandsaanduidingen.

(1p) Wat is de notatie van een oplossing van ammoniak? Kies uit de volgende opties:
NH₃ (aq)
NH₃ (l)
NH₄⁺ (aq)
NH₄⁺ (l)

Om een ouderwets schoolbord met krijt extra schoon te krijgen, kan een beetje azijn aan het water worden toegevoegd. Azijnzuur reageert dan met het krijt (calciumcarbonaat).

(1p) Is de pH van azijn groter, kleiner of gelijk aan dat van water?

(1p) Welke van onderstaande eigenschappen heeft azijnzuur? Kies uit:
- Het kan H⁺ afstaan
- Het kan H⁺ opnemen
- Het kan OH^- opnemen
- Het kan OH^- opnemen

(1p) Opgelost azijnzuur reageert met calciumcarbonaat tot onder meer koolstofdioxide. De vergelijking van deze reactie is hieronder onvolledig weergegeven. Drie formules en één coëfficiënt ontbreken. $$ \text{... H}^+ + \text{... } \rightarrow \text{...} + \text{...} + \text{CO}_2 $$ Neem de vergelijking over en vul de vier ontbrekende gegevens in.

(1p) Bij de reactie ontstaat koolstofdioxide. Een leerling wil dit met een experiment aantonen. Ze maalt een krijtje tot poeder. Vervolgens voegt ze wat azijn toe. Wat doet de leerling nu om koolstofdioxide aan te tonen. Kies uit de volgende opties:
- Ze vangt het gas op en hield er een gloeiende houtspaander bij
- Ze leidt het gas door helder kalkwater
- Ze leidt het langs een natgemaakt rood lakmoespapiertje
- Ze leidt het langs wit kopersulfaat
- Ze mengt het met lucht en steekt dit mengsel aan.

(Bron: Examen VMBO-T, 2023-2)

Een leerling laat soda met azijn reageren volgens onderstaand voorschrift:
1 - Doe 3 eetlepels soda in een grote lege plastic fles.
2 - Doe ongeveer 50 mL azijn in een maatbeker.
3 - Voeg wat methylrood toe aan de azijn.
4 - Schenk de vloeistof uit de maatbeker bij de soda.
De leerling ziet dat bij stap 4 de vloeistof begint te bruisen en de indicator methylrood van kleur verandert. De vergelijking van de reactie die bij deze stap optreedt, is hieronder onvolledig weergegeven. Twee coëfficiënten en twee toestandsaanduidingen ontbreken: $$ \text{Na}_2\text{CO}_3 \text{(...)} + \text{... H}^+ \text{(...)} \rightarrow \text{... Na}^+ \text{(aq)} + \text{H}_2\text{O (l)} + \text{CO}_2 \text{(g)} $$

(1p) Welke stof zorgt voor het bruisen.

(1p) Welke kleur heeft de vloeistof in de maatbeker na stap 3?

(2p) Maak de vergelijking volledig door de vier ontbrekende gegevens aan te vullen.

(1p) Geef de formule van de negatieve ionen in soda.

(1p) Welke rol spelen de negatieve ionen uit soda bij de reactie? Kies uit: base, indicator, katalysator, oplosmiddel of stroomgeleider.

(1p) De kleuromslag toont aan dat bijna al het azijnzuur gereageerd heeft. Waarom toont de kleurverandering dit aan?

(1p) Toch heeft niet al het azijnzuur gereageerd bij de kleuromslag. Geef met behulp van BINAS aan dat direct na de kleuromslag nog azijnzuur aanwezig kan zijn.

(1p) Geef de formule van het negatieve ionsoort in azijn.

(Bron: Examen VMBO-T, 2022-1)

Salpeterzuur en zwavelzuur kan worden geneutraliseerd met natriumwaterstofcarbonaat (NaHCO₃). De reactie die plaatsvindt bij het neutraliseren is: $$ \text{H}^+ + \text{NaHCO}_3 \rightarrow \text{Na}^+ + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 $$ Het mengsel gaat daarbij bruisen. Er wordt steeds een beetje NaHCO₃ toegevoegd, net zolang totdat het bruisen stopt.

(1p) Het bruisen is het gevolg van een reactieproduct. Welke formule heeft dit reactieproduct?

(1p) Leg uit of ook natriumcarbonaat gebruikt zou kunnen worden om het zuur te neutraliseren.

(1p) Wat gebeurt er met de pH tijdens het neutraliseren? Wordt het hoger, lager of blijft het gelijk?

(1p) Uit het stoppen van het bruisen blijkt dat al het zuur heeft gereageerd. Maar ook universeelindicatorpapier kan dit aangeven. Hiernaast is de kleur weergegeven die universeelindicatorpapier krijgt bij elke pH. Welke kleur krijgt universeelindicatorpapier in de vloeistof als het bruisen net gestopt is.

(Bron: Examen VMBO-T, 2022-2)

§5 Titreren

Met behulp van een techniek genaamd titratie kunnen we achterhalen hoeveel van een bepaald zuur of een bepaalde base in een vloeistof is opgelost. In deze paragraaf gaan we leren hoe dit werkt.

Hieronder zien we een veelgebruikte opstelling om een titratie uit te voeren. Titratie is een methode om te achterhalen hoeveel van een bepaald zuur of een bepaalde base in een oplossing aanwezig is. Het werkt als volgt. We voegen een indicator toe aan het zuur of de base. Als we een zure vloeistof hebben, dan voegen we met behulp van een buret nauwkeurig een hoeveelheid basische stof toe. Als we een basische stof hebben, dan voegen we juist een zuur toe. Dit doen we totdat de kleur van de indicator omslaat (zie de rechter afbeelding).

Stel we willen weten hoeveel azijnzuur er in 50 mL keukenazijn zit. We voegen hier dan bijvoorbeeld een paar druppels fenolftaleïne aan toe. Deze indicator is in het zure azijn kleurloos. Dan voegen we met de buret een base toe, bijvoorbeeld natronloog, totdat de fenolftaleïne net paars begint te kleuren (zie de onderstaande afbeelding). Voeg telkens een beetje van de base toe en schud dan goed, zodat de base zich goed kan verspreiden. Pas als een lichtroze kleur ook na het schudden blijft is het omslagpunt bereikt. Het omslagpunt van fenolftaleïne vindt plaats rond de pH 7 (eigenlijk pas bij 8, maar dit maakt niet veel verschil). Op dit moment is de stof neutraal geworden.

Bij dit experiment bleek 42 mL natronloog nodig om het omslagpunt te bereiken. Gegeven is dat 1 mL natronloog reageert met 44 mg azijnzuur (dit staat vermeld in de vraag). We kunnen hiermee uitrekenen hoeveel mg azijnzuur overeenkomt met de 42 mL natronloog:

Volume natronloog	1 mL	42 mL
Massa azijnzuur	44 mg	1848 mg

Er zit dus 1848 mg = 1,8 gram azijnzuur in 50 mL keukenazijn.

Leerdoelen:

Zorg dat je met een titratie kan bepalen hoeveel van een zuur of een base in een oplossing aanwezig is

Zorg dat je de functie van een indicator bij titratie begrijpt

Opdrachten

Een docent maakt een opstelling voor een demonstratieproef. In de erlenmeyer doet hij achtereenvolgens zoutzuur, een paar druppels methyloranje en een klein schepje calciumcarbonaat. Direct daarna sluit hij de erlenmeyer af met een kurk waar een glasbuisje doorheen steekt met een slangetje eraan (zie de onderstaande afbeelding). Het slangetje leidt naar een maatcilinder die helder kalkwater bevat. Doordat in de erlenmeyer calciumcarbonaat reageert met zoutzuur ontstaat koolstofdioxide (reactie I). Dit gas reageert vervolgens met de vloeistof in de maatcilinder (reactie II).

(1p) Geef de formule van calciumcarbonaat.

(1p) Door welk type reactie ontstaat het koolstofdioxide (reactie I). Door een neerslagreactie, door een ontleding, door een verbranding of door een zuur-basereactie. Leg je antwoord uit.

(2p) De docent geeft deze proef schematisch weer op het bord met een blokschema. Twee stoffen geeft hij alleen aan met een letter: X en Y. Hij geeft de leerlingen de opdracht om de ontbrekende namen aan te vullen. Voer de opdracht van de docent uit.

(Tip voor het eindexamen: je ziet overal in het blokschema de stoffen in woorden staan. Noem stof X en Y dan ook in woorden en niet in chemische formules. Anders verlies je meestal een punt).

(2p) De docent voegt steeds wanneer de reactie stopt, een beetje calciumcarbonaat toe. Dit doet hij net zolang totdat het calciumcarbonaat niet meer reageert. Geef twee waarnemingen waaraan de docent merkt dat het calciumcarbonaat niet meer reageert.

(1p) Leg uit hoe reactie 2 laat zien dat het ontstane gas koolstofdioxide is.

(1p) Reactie 2 vindt eigenlijk plaats in twee stappen. Koolstofdioxide reageert eerst met water tot koolzuur: $$ \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{2 H}^+ + \text{CO}_3^{2-} $$ De koolzuur reageert daarna tot calciumcarbonaat en water: $$ \text{H}_2\text{CO}_3 \text{ (aq)} + \text{Ca(OH)}_2 \text{ (aq)} \rightarrow \text{CaCO}_3 \text{ (s)} + \text{2 H}_2\text{O} $$ Leg uit dat dit een zuur-basereactie is.

(1p) De kleurverandering in de erlenmeyer is zichtbaar doordat methyloranje aan de vloeistof was toegevoegd. Geef aan welke kleurverandering plaatsvindt. Leg je antwoord uit.

(Bron: Examen VMBO-T, 2023-1)

Wijn bevat verschillende zuren. Het totale zuurgehalte kan worden bepaald met het volgende voorschrift:
- Vul een klein bekerglas met rode wijn.
- Ontkleur de wijn met actieve kool.
- Lees de beginstand af.
- Filtreer het gevormde mengsel.
- Vul de buret met een oplossing van natriumhydroxide (NaOH).
- Pipetteer 10,0 mL van de gefiltreerde en ontkleurde wijn in een erlenmeyer.
- Voeg drie druppels fenolftaleïne toe aan de gepipetteerde wijn.
- Titreer de wijn tot de kleuromslag.

(1p) Leg uit waarom de kleurstof met actieve kool verwijderd moet worden voordat het experiment wordt uitgevoerd.

(1p) Geef de triviale naam van een oplossing van natriumhydroxide.

(1p) Hieronder is de beginstand van de buret weergegeven. Geef deze beginstand in twee decimalen.

(1p) Geef met behulp van BINAS aan welke kleur fenolftaleïne heeft voordat de oplossing van natriumhydroxide wordt toegevoegd.

(1p) Waarom wordt fenolftaleïne toegevoegd? Kies uit de volgende opties:
- Omdat daardoor de reactie die optreedt tijdens de titratie sneller verloopt.
- Omdat daardoor duidelijk is wanneer de titratie moet stoppen.
- Omdat daardoor het aflezen van de buret gemakkelijker is.
- Omdat fenolftaleïne het zuur uit de wijn neutraliseert.

(1p) Geef de vergelijking van de reactie die plaatsvindt tijdens de titratie. Vermeld ook de toestandsaanduidingen.

(1p) Verandert de pH van de vloeistof in de erlenmeyer tijdens de titratie? En zo ja, stijgt of daalt de pH?

(3p) Een leerling bepaalt het totale zuurgehalte in een rode wijn. Hij titreert 10,0 mL van deze wijn. Bij de kleuromslag heeft hij 8,65 mL natriumhydroxideoplossing toegevoegd. Vervolgens berekent de leerling het aantal gram zuur in een glas van de onderzochte wijn (120 mL). Hij gaat er hierbij van uit dat 1,0 mL natriumhydroxide-oplossing reageert met 7,5 mg zuur. Bereken het aantal gram zuur in 120 mL wijn.

(Bron: Examen VMBO-T, 2023-2)

Zure matjes zijn snoepjes die eerst erg zuur, en daarna zoet smaken. De zure smaak wordt veroorzaakt door citroenzuur (C₆H₈O₇) dat als wit poeder aan de buitenkant van de snoepjes zit. Een leerling besluit om uit te zoeken hoeveel citroenzuur een snoepje bevat. Ze doet dit met behulp van een titratie. Ze doet eerst een snoepje in een erlenmeyer met voldoende water en zwenkt de erlenmeyer enige tijd. Vervolgens haalt ze het snoepje eruit en voegt drie druppels van een geschikte indicator toe aan het mengsel in de erlenmeyer. Ze leest de beginstand van de buret af en titreert het mengsel met natronloog. Zodra de kleur omslaat leest ze de eindstand van de buret af. Hieruit blijkt dat ze bij de titratie 6,13 mL natronloog heeft toegevoegd. De reactie die plaatsvindt tijdens de titratie is hieronder vereenvoudigd en onvolledig weergegeven. Eén formule ontbreekt. $$ \text{C}_6\text{H}_8\text{O}_7 + \text{3OH}^- \rightarrow \text{3H}_2\text{O} + \text{...} $$

(1p) Geef aan of citroenzuur een koolwaterstof is of niet.

(1p) Geef aan of citroenzuur de pH van water verhoogt of verlaagt.

(1p) De eindstand van de buret was 8,02 mL. Geef de beginstand die de leerling heeft afgelezen in mL.

(1p) In de gegeven reactievergelijking ontbreekt een formule. Dit is de formule van een ionsoort. Dit ionsoort heeft lading 3-. Geef deze ontbrekende formule.

(1p) Bij de titratie is in de erlenmeyer ook een positieve ionsoort aanwezig dat niet aan de reactie deelneemt. Geef de formule van dit positieve ion.

(1p) Bij de titratie is een indicator gebruikt. Het omslagtraject hiervan begint wanneer het mengsel in de erlenmeyer net basisch wordt. Welke indicator kan zijn gebruikt? Maak gebruik van BINAS. Kies uit:
broomfenolrood, dimethylgeel, methylrood of thymolblauw.

(2p) Van de natronloog is bekend dat 5,00 mL nodig is om 31,4 mg citroenzuur volledig te laten reageren. Bereken met de gegevens van de leerling hoeveel mg citroenzuur heeft gereageerd.

(Bron: Examen VMBO-T, 2022-2)

Een leerling bepaalt de concentratie salpeterzuur met behulp van een titratie. De buret wordt gevuld met natronloog. In de erlenmeyer doet ze 10 mL salpeterzuuroplossing en een indicator. Vervolgens voert ze de titratie uit. Wanneer de indicator van kleur verandert, is de eindstand van de buret 18,5 mL. De leerling heeft dan 11,3 mL natronloog toegevoegd. Met behulp van dit resultaat berekent ze de concentratie salpeterzuur in de oplossing. Uit een andere proef weet ze dat 5,0 mL van de gebruikte natronloog reageert met 31,5 mg salpeterzuur.

(1p) Hieronder zijn vier buretstanden afgebeeld. Welke van deze afbeeldingen geeft de beginstand van de buret van de leerling weer?

(2p) Bereken met behulp van de resultaten van de leerling de concentratie salpeterzuur in mg/mL dat aanwezig is in de oplossing.

(Bron: Examen VMBO-T, 2021-1)

Stoffen die je uit je hoofd moet kennen:

Atomen
Metalen		Niet-metalen
Natrium	Na	Waterstof	H
Kalium	K	Koolstof	C
Magnesium	Mg	Stikstof	N
Calcium	Ca	Fosfor	P
Barium	Ba	Zuurstof	O
Chroom	Cr	Zwavel	S
IJzer	Fe	Fluor	F
Nikkel	Ni	Chloor	Cl
Platinum	Pt	Broom	Br
Koper	Cu	Jood	I
Zilver	Ag	Helium	He
Goud	Au	Neon	Ne
Zink	Zn	Argon	Ar
Cadmium	Cd
Kwik	Hg
Aluminium	Al
Tin	Sn	Metalloïde
Lood	Pb	Silicium	Si

Moleculen
Water	H₂O
Waterstofperoxide	H₂O₂
Koolstofdioxide	CO₂
Koolstofmonoxide	CO
Methaan	CH₄
Ammoniak	NH₃
Ethanol (alcohol)	C₆H₁₂O
Glucose	C₆H₁₂O₆
Edelgassen	X
Halogenen	X₂
Stikstof	N₂
Waterstof	H₂
Zuurstof	O₂
Ozon	O₃

Samengestelde ionen
carbonaat-ion	CO₃^2-
nitraat-ion	NO₃^-
sulfaat-ion	SO₄^2-
fosfaat-ion	PO₄^3-
hydroxide-ion	OH^-
Ammonium-ion	NH₄⁺

Zouten
Keukenzout	Natriumchloride	NaCl
Kalkwater	Calciumhydroxide	Ca(OH)₂ (aq)
Kalksteen	Calciumcarbonaat	CaCO₃
Soda	Natriumcarbonaat	Na₂CO₃
Natronloog	Natriumhydroxide	NaOH (aq)

Zuren		Basen
Triviale naam	Formule	Triviale naam	Formule
Zoutzuur	HCl (aq)	Natronloog	NaOH (aq)
Salpeterzuur	HNO₃	Kalkwater	Ca(OH)₂ (aq)
Zwavelzuur	H₂SO₄	Soda	Na₂CO₃
Koolzuurhoudend water	H₂CO₃ (aq)	Ammonia	NH₃ (aq)
Azijnzuur	HAc
Fosforzuur	H₃PO₄

Zuur-ionen	Base-ionen
H⁺	OH^-
	O^2-
	CO₃^2-
	NH₃