kemi - syror och baser

Syror

egenskaper

-         En syra är en partikel som avger protoner (H+) eller väteatomer när de löses i vatten

-         Låga ph värden

-         Frätande (reaktivt)

-         Leder ström i vatten

-         BTB = röd

Oxoniumjon (H₃O) ger vattenlösningar sura egenskaper

Hydroxidjoner (OH+) ger vattenlösningar basiska egenskaper

Protolysreaktion= en reaktion där proteiner avges och upptas. Fullständig protolys betyder att alla syremolekyler i en lösning har reagerat och bildat oxoniumjoner  (H₃O+)

Väteutrivande metall= en metall som reagerar med syror under väteutveckling som magnesium och zink. I reaktionen reagerar metaller med väte (H₂) eller vätejoner (H⁺) och frigör vätegas (H₂).

Stark syra=fullständigt protolyserad i vattenlösning
Svag syra=ofullständigt protolyserad i vattenlösning

Organiska och Oorganiska syror

Organiska syror innehåller kol i sin struktur och har ofta en karboxylgrupp
(-COOH). Exempel är ättiksyra (CH₃COOH) och mjölksyra (C₃H₆O₃). De finns ofta i naturen och i livsmedel.

Oorganiska syror innehåller inte kol (eller endast i vissa fall) och är ofta mer reaktiva. Exempel är svavelsyra (H₂SO₄), saltsyra (HCl) och salpetersyra (HNO₃). De används i industriella processer och kemiska reaktioner.

Syror leder ström

När en syra löses i vatten dissocieras (bryts ned) till sina beståndsdelar som är positiva joner och negativa joner. För att en lösning ska kunna leda ström krävs det att det finns fritt rörliga joner eftersom det är jonerna som bär på laddningen i en lösning. Dessa har bildats genom en kemisk reaktion mellan syran och vattnet. Protoner  har flyttats från syran till vattenmolekyler så att det bildats oxoniumjoner (H₃O+).

Syra är en protongivare

En syra är ett ämne eller en partikel som avge en proton (H+), en protonavgivare. En syra avger en proton (H+) när den löses i vatten eller reagerar med andra ämnen. När den avger en proton lämnar den efter sig en negativt laddad restjon som kallas avjon.   En vätejon (H+) är väldigt liten och består endast av en proton och saknar elektroner (vilket gör den till en proton). Detta gör den extremt reaktiv och instabil i lösningar och kan inte existera fritt i en vattenlösning. Utan dras direkt till den negativt laddade delen av en vattenmolekyl där den binds till ett av syreatomernas två fria elektronpar och bildar en oxoniumjon (H₃O⁺). Därför är det alltid oxoniumjoner som existerar i vattenlösningar av syror, inte fria vätejoner.

Till exempel När saltsyra (HCl) löses i vatten, avger den en vätejon (H⁺) och lämnar efter sig en kloridjon (Cl⁻)

HCl à H⁺ + Cl^-

Här har HCl agerat som en protongivare genom att avge en vätejon (H⁺).

Stark syra

En stark syra är ett ämne som lämnar ifrån sig många vätejoner och som därmed har en hög vätejonskoncentration och ett lågt ph värde i vattenlösning. En svag syra ger färre vätejoner.. Det som påverkar ph värdet (hur stark syran är) är alltså både mängden syra som löses upp och vilken typ av syra det är. En stark syra är fullständigt protolyserad i vattenlösning där varje proton överförs från vätekloridmolekyl till vattenmolekylen. Syran blir protolyserad. Fullständig protolys = Alla syremolekyler i en lösning har reagerat och bildat oxoniumjoner (H₃O+).

De tre starka syrorna är

1.     Saltsyra HCl –   består av väte och klor, är en vattenlösning av väteklorid. Är en enprotonig syra (kan avge en proton). HCl (aq) bildas när man löser väteklorid (HCl (g)) i vatten. Saltsyra är fullständigt protolyserad vilket innebär att den diccosierar fullständigt till vätejoner (H+), och Kloridjoner. (Cl-). Saltsyra dissocierar i ett steg:

HCl → H⁺ + Cl⁻

När man öppnar en flaska koncentrerad saltsyra ger sig en del av vätekloriden ut som gas. Därför luktar det starkt och stickande. Är frätande men inte lika kraftig som svavelsyra och salpetsyra. Reagerar med vissa metaller särskilt zink och järn. Används vid tillverkning av klor och natriumklorid (bordssalt) Den syra som bildas i magsäcken är saltsyra och hjälper till med nedbrytningen av proteiner i maten, bildar en sur miljö för enzymer samt försvara oss mot bakterier.

2.     Svavelsyra H₂SO₄ – Består av svavel, väte och syre och är tvåprotonig (kan avge två protoner). Dissocierar nästan fullständigt och kan avge två vätejoner per molekyl.

Dissocieras i två steg i vatten:

H₂SO₄ à H⁺ + HSO₄^- ( Första dissociering)

HSO₄^- à H⁺ + SO₄^2- (Andra dissociering)

Svavelsyra är en mineralsyra vilket betyder att den inte innehåller några kolatomer. Reagerar kraftigt med många metaller.  Används för att producera andra kemikalier som gödselmedel (ammoniaksulfat) där den reagerar med ammoniak och som dehydradiseringsmedel.

3.     Salpetersyra HNO₃ – består av kväve, syra och väte. Något svagare än svavelsyra. Dissocierar fullständigt och avger en vätejon per molekyl.

Dissocierar i ett steg:

HNO₃ → H⁺ + NO₃⁻

Används för att tillverka gödselmedel (ammoniaknitrat), explosiva ämnen (TNT), och som oxidationsmedel.  reagerar med många metaller.

Svag syra

Inte fullständigt proolyserad. Allra flesta syror är svaga och har endast en liten del av molekylerna reagera med vatten och bilda joner. Leder därför ström sämre än en stark syra vid samma koncentration av syran.

1.     Ättikasyra (CH₃COOH) – en organisk syra som finns i vinäger och ger den dess sura smak och lukt. Det är en enkel syra bestående av kol (C), väte (H) och syre (O).

2.     Kolsyra H₂CO₃ - Bildas när koldioxid (CO₂) löses upp i vatten. Finns i kolsyrade drycker som läsk och ger dem deras bubbliga känsla. Kolsyran är instabil och bryts snabbt ner till koldioxid och vatten när den inte är under tryck.

3.     Mjölsyra (C₃H₆O₃) - En organisk syra som bildas när kroppen bryter ner glukos utan tillgång till syre, till exempel vid intensiv träning vilket kan orsaka muskeltrötthet och sveda. Ger en sur smak och finns också i fermenterade livsmedel som yoghurt och surkål.

Baser

Egenskaper

-         Protontagare

-         Motsats till syra

-         Avger hydroxidjoner OH⁺ som ger vattenlösningar basiska egenskaper

-         Höga pH

-         Leder ström

-         Frätande/reaktiva

-         BTB = blå

Baser är protontagare

När syror ger ifrån sig protoner måste andra partiklar samtidigt ta upp dessa protoner – de kan inte existera fritt. För att kunna ta upp en proton måste en partikel ha minst ett fritt elektronpar. Tar upp protoner (H+) från vattenmolekyler. När vattenmolekyler avger protoner omvandlas de till hydroxidjoner (OH-).

NH₃ (aq) + H₂O à NH₄ + OH^- (aq)

Syra-bas reaktion

Protolysreaktioner kallas ofta för syra bas reaktioner. Reaktionen mellan ammoniak  och vatten är en protolysreaktion precis som reaktionen mellan väteklorid och vatten.

Hydroxidjoner och baser

Hydroxidjoner finns i alla basiska vattenlösningar och ger de basiska lösningarna deras egenskaper. Natrum-, kalium-, och kalciumhydroxid är fasta jonföreningar. När de löses i vatten får man basiska lösningar som innehåller fria metalljoner och hydroxidjoner. Det sker alltså ingen protolys när man löser metallhydroxider i vatten eftersom hydroxidjoner redan finns i det fasta saltet och de frigörs bara ur jonkristallen.

Baser att kunna

1.     Natriumhydroxid (NaOH): En stark bas . Den är frätande och används vid tvål- och pappersproduktion, samt för att neutralisera syror.

2.     Kalciumhydroxid (Ca(OH)₂): En svag bas. Den används vid vattenrening, som byggmaterial (t.ex. kalkbruk) och för att höja pH i jordar.

3.     Ammoniak (NH₃): En svag bas som är gas vid rumstemperatur. Den används som rengöringsmedel och för att tillverka gödsel.

4.     Kaliumhydroxid (KOH): En stark bas som liknar natriumhydroxid, används bland annat för att tillverka tvål och för att reglera pH i vissa industriella processer.

5.     Natriumvätekarbonat (NaHCO₃): En svag bas som också kallas baking soda eller bikarbonat. Den används inom bakning, som antacida (för att neutralisera magsyra) och i rengöringsprodukter.

Joner

En jon är en atom eller en molekyl som har en elektrisk laddning eftersom den har förlorat eller tagit upp en eller flera elektroner.

Positiva joner (katjoner): Om en atom förlorar elektroner blir den positivt laddad. Exempel: Na⁺ (natriumjon) — natrium förlorar en elektron, Ca²⁺ (kalciumjon) — kalcium förlorar två elektroner.

Negativa joner (anjoner): Om en atom tar upp elektroner blir den negativt laddad. Exempel: Cl⁻ (kloridjon) — klor tar upp en elektron, SO₄²⁻ (sulfatjon) — sulfat tar upp två elektroner.

En sammansatt jon är en jon som består av flera atomer som är sammanbundna med kovalenta bindningar, och som tillsammans bär på en nettoelektrisk laddning. Dessa joner kan vara antingen positiva eller negativa.

En kovalent bindning bildas när två atomer delar elektroner för att uppnå en stabil elektronkonfiguration (oftast för att få fullt yttre skal, likt ädelgaserna). Vanligtvis sker kovalenta bindningar mellan icke-metaller.

Sammansatta joner:

Negativa joner:

Cyanidjon CN-

Hydroxidjon OH-

Karbonatjon CO32-

Vätekarbonatjon HCO3-

Nitratjon NO3-

Nitritjon NO2-

Sulfatjon SO42-

Vätesulfatjon HSO4-

Sulfitjon SO32-

Fosfatjon PO43-

Vätefosfatjon HPO42-

Posetiva joner:

Ammoniumjon NH4+

Oxoniumjon H20+

Salters formler:

Kaliumklorid KCI (kaliumjon + kloridjon)

Magnesiumklorid MgCI₂ (magnesiumjon + kloridjon)

Magnesiumoxid MgO

Kaliumoxid K₂O

Aliminiumoxid Al₂O₃

Jonföreningar med sammansatta joner:

Kaliumjon  (K⁺) + nitratjon (NO₃^-) – KNO₃

Kaliumjon + sulfatjon (SO₄^2-) – K₂SO₄

Kaliumjon + fosfatjon (PO₄^3-)– K₃PO₄

Kalciumjon (Ca²⁺) + sulfatjon – CASO₄

Frågor

1.     Förklara skillnaden mellan syra och en sur lösning

En syra är en partikel som kan avge en eller flera protoner, en protongivare. En sur lösning är en vattenlösning som innehåller ett överskott av oxoniumjoner, H₃O, alltså ett lågt pH-värde.

2.     Vad är skillnaden på väteklorid och saltsyra

Väteklorid (HCI) är en gas bestående av väte(H) och Klor (CI). När den är i gasform är den inte i en lösning och kan vara ganska frätande. Saltsyra är en produkt av när väteklorid löses i vatten. I vattnet dissocierar väteklorid till vätejoner och kloridjoner , vätejonerna binder sig sedan till vattenjonerna vilket bildar oxoniumjoner (H3O) och gör lösningen sur. Både väteklorid och saltsyra har den kemiska betäckningen HCI. Vid rumstemperatur är väteklorid en gas och skrivs HCI (g). Saltsyra är en vattenlösning av gasen. Formeln för saltsyra skrivs därför HCI (aq).

3.     Vilken koncentrerad syra är det som bildar nitrösa gaser tillsammans med metall

Det är salpetsyra. Salpetsyra är en oxiderande syra. Det innebär att när salpetsyra är koncentrerad reagerar den även med vissa oädla metaller. Det bildas då kväveoxider (NO eller NO₂ ) i gasform - kallade nitrösa gaser. Koncenterard salpetsyra rycker i rumpstemperatur.

4.     Vad är syra-bas reaktioner även kallat protolysreaktion

Protolys är alltså en process där ett ämne avger en proton (det fungerar som en syra) och ett annat ämne tar upp protonen (det fungerar som en bas). Protolysreaktion kallas även för syra-basreaktioner eftersom det är då syror och baser reagerar som till exempel  ammoniak och vatten en syra bas reaktion där vatten är en syra och ammoniak är bas som sedan kommer bilda amoniumjon som syran och hydroxidjoner. 

Om vi har precis lika mycket bas som syra säger vi att lösningen är neutral. Då bildas vatten och ett salt. Om vi låter saltsyra (HCl) och basen natriumhydroxid (NaOH) reagera, får vi en lösning av vanligt bordssalt i vatten. Precis som det finns svaga och starka syror finns det svaga och starka baser.

Neutralisation är en kemisk reaktion mellan en syra och en bas så att ett salt (och vatten) bildas.

5.     Vad är korresponderande syra/bas par
beskriver relationen mellan en syra och den bas som bildas när den avger en proton (H⁺), samt en bas och den syra som bildas när den tar upp en proton. I en protolysreaktion  sker en protonöverföring, och under denna process omvandlas ämnena till sina korresponderande syra- och basformer.

När HCl (syra 1) reagerar med H₂O (bas 2), avger HCl en proton (H⁺) och bildar kloridjonen (Cl⁻). Samtidigt tar vatten upp protonen och bildar oxoniumjonen (H₃O⁺). Reaktionen ser ut så här:

HCl + H₂O à Cl− + H₃O

I denna reaktion är:

HCl (syra 1) och Cl⁻ (bas 1) ett korresponderande syra-baspar. HCl avger en proton och blir Cl⁻, vilket gör att Cl⁻ är basen som korresponderar till HCl som syra.
H₂O (bas 2) och H₃O⁺ (syra 2) är också ett korresponderande syra-baspar. Vatten (H₂O) tar upp en proton och blir H₃O⁺, vilket gör att H₃O⁺ är syraformen som korresponderar till H₂O som bas.

6.     Vad är en amofolyt

Ett ämne som kan fungera både som en syra och som en bas beroende på omständigheterna. Med andra ord både avge och ta upp protoner (H⁺). Vatten (H₂O) är ett klassiskt exempel.

När vatten reagerar med en bas, kan det avge en proton (H⁺) och därmed agera som en syra. När vatten reagerar med en syra, kan det ta upp en proton och därmed agera som en bas.

7.      vad betyder neutralisering av baser och syror

Neutralisering av syror och baser är en kemisk reaktion där en syra och en bas reagerar för att bilda ett salt och, ofta, vatten. Under denna reaktion neutraliserar syran och basen varandras egenskaper, vilket leder till att lösningens pH närmar sig 7, vilket är neutralt.

Exempel på neutralisering:
Reaktion mellan saltsyra (HCl) och natriumhydroxid (NaOH):

HCl + NaOH → NaCl +H₂O

HCl (syra) avger en proton (H⁺), medan NaOH (bas) tar upp denna proton och bildar vatten (H₂O).

o    Resultatet är att ett salt (NaCl, natriumklorid) och vatten bildas.