Zuren en basen

Ken je dat gevoel nog van een samentrekkend gezicht wanneer je een flinke hap uit een citroen neemt? Dat komt door de nogal extreme zuurgraad van deze vrucht. Na het lezen van dit artikel weet jij meer over zuren, maar ook over basen.

Wat zijn zuren en basen?

Een zuur is een verbinding die een proton H⁺-ion af kan staan. H⁺-ionen worden ook wel protonen genoemd en daarom worden zuren ook wel protondonoren genoemd. Er zal in de molecuulformule van een zuur altijd een proton voorkomen. Voorbeelden van zuren zijn HCl, H₂SO₄, HSO₄^- _, HCOOH en H₂O. Zoals je ziet kunnen zuren ook ionen zijn.

Een base is een verbinding die een proton H⁺-ion op kan nemen. Daarom wordt een base ook wel een protonacceptor genoemd. Er hoeft dan ook geen H⁺ in de molecuulformule voor te komen. Voorbeelden van basen zijn NH₃, CH₃NH₂, HSO₄^- , SO₄^2– en H₂O. Basen hebben niet per se een proton in hun molecuulformule, zoals je ziet in SO₄^2–. Verder kunnen basen net als zuren ook als ionen voorkomen.

Misschien valt je aan het bovenstaande al iets op? Er staan namelijk een paar dezelfde stoffen bij de zuren en de basen. Dat zijn HSO₄^- en H₂O. Deze stoffen kunnen dus zowel als zuur en als base reageren en daarmee een H⁺-ion afstaan en opnemen. Dit noemt men amfolyten. Een overzicht van alle zuren en basen kun je vinden in de Binas tabel 49.

Meer over zuren

In Binas tabel 49 vind je aan de linkerkant alle zuren. Dit zijn dus de stoffen die een H⁺ kunnen afstaan. Als je met deze tabel gaat werken is het goed om te weten dat de zuren in een rangorde staan. De zuren bovenaan de tabel (boven H₃O⁺) zijn de sterke zuren. De eigenschap van sterke zuren is dat wanneer ze reageren, ze altijd een aflopende reactie zullen hebben. Deze sterke zuren hebben een zuurconstante die groter is dan 1 en dat betekent dat de zure stof altijd al zijn protonen afstaat.

Een voorbeeld van een reactie van een sterk zuur is salpeterzuur in water:

HNO₃ + H₂O => NO₃^- + H₃O⁺

Omdat het zuur een H⁺ afstaat en deze aan het water geeft, zal er altijd H₃O⁺ ontstaan in een reactie met een zuur en water. De zuren onder H₃O⁺ zijn de zwakke zuren. Deze hebben een zuurconstante lager dan 1. De zuren zullen dan niet al hun protonen afstaan en daarom zal de reactie met een zwak zuur altijd in een evenwicht eindigen.

Een voorbeeld van een reactie van een zwak zuur is waterstofsulfaat met water:

HSO₄^- + H₂O <=> SO₄^2– + H₃O⁺

Meer over basen

Aan de rechterkant van Binas tabel 49 vind je alle basen. Deze nemen dus een H⁺ op. Nu is er een heel belangrijk verschil met de lijst van de zuren, waar de sterke zuren bovenaan staan. Bij de basen staan de sterke basen (onder OH^-) namelijk onderaan de tabel. Deze basen hebben een baseconstante die groter is dan 1. Bij het opstellen van reacties is het dus belangrijk om hier rekening mee te houden, omdat deze in een aflopende reactie zullen eindigen, aangezien elk base deeltje een proton opneemt.

Een voorbeeld van een reactie van een sterke base is Azanide (NH₂^-) in water:

NH₂^- + H₂O => NH₃ + OH^–

Omdat een base een H⁺ opneemt, zal er bij een reactie met een base en water altijd een OH^– ontstaan. De basen boven de OH^– zijn de zwakke basen. Deze hebben een baseconstante lager dan 1, dus zullen niet alle basen in de oplossing een proton opnemen. Daarom zal dit altijd in een evenwichtsreactie eindigen.

Een voorbeeld van een reactie van een zwakke base is ammonia met water:

NH₃ + H₂O <=> NH₄⁺ + OH^–

Wat is de rol van water in zuur en base reacties?

Zuren en basen worden vaak opgelost in water. Daarom zal bij de zuur-base reactie in water, het water vaak voor de pijl van de reactie staan. Daarnaast, kan water als protondonor en als protonacceptor reageren en is daarom een amfolyt. Dus afhankelijk van welke functie (zuur of base) het water inneemt, staat er OH^– of H₃O⁺ achter de pijl van de zuur-base reactie.

Wat zijn de pH en de pOH?

De pH is de maat voor de zuurgraad van een waterige oplossing en de pOH is een maat voor de basegraad. De pH-waarde hangt af van de hoeveelheid zuurmoleculen (H⁺/H₃O⁺) die in een oplossing aanwezig zijn. Hoe hoger de concentratie van de zuurmoleculen, hoe lager de pH. Een oplossing wordt zuur genoemd als de pH-waarde tussen de 0 en de 7 ligt. Maagzuur heeft bijvoorbeeld een zuurgraad van 2 en is daarom een hele zure oplossing. Zuiver water heeft een pH van 7. Dit wordt een neutrale oplossing genoemd. Een basische oplossing heeft een pH tussen de 7 en de 14. Een voorbeeld van een basische oplossing is bleekwater.

Naast de pH-schaal, heb je ook de pOH-schaal. In tegenstelling tot de pH, hangt de pOH af van de concentratie van de OH^–-ionen. Door gebruik te maken van de pH en de pOH, kan er in een oplossing worden gekeken hoeveel er van een bepaald zuur en/of een bepaalde base aanwezig is.

Om de pH of de pOH te bepalen wordt er gebruikgemaakt van indicatoren. Met behulp van indicatoren kan worden onderzocht of een oplossing zuur, neutraal of basisch is. Er bestaan verschillende indicatoren waarvan de meest gebruikelijke methode gebruikmaakt van kleurveranderingen. Er staan verschillende indicatoren in Binas tabel 52A.

Video

Wil je meer uitleg over zuren en basen? Check dan deze uitlegvideo van Scheikundelessen:

 

Wat hebben we aan zuren en basen in de praktijk?

Om erachter te komen hoe zuur of hoe basisch een stof is, zou je het natuurlijk kunnen proeven. Echter is dit onnauwkeurig en daarnaast levensgevaarlijk. Het lichaam heeft verschillende zuurgraden. De pH van de maag is vaak rond de 2, want maagzuur is heel zuur, wat nodig is om voedsel te kunnen verwerken. Daarentegen heeft bloed een pH van ongeveer 7,4. Deze waarde moet stabiel blijven, anders stopt de werking van bepaalde organen.

Zuren en basen zijn niet alleen van groot belang in het menselijk lichaam. Ze worden ook veel gebruikt in de procesindustrie. Een voorbeeld is de productie van glucose uit zetmeel. Het zuur dat hiervoor wordt gebruikt splitst het zetmeel op, waardoor er glucose ontstaat. Ook voor de productie van kunstmest wordt er een zuur gebruikt, namelijk salpeterzuur.