14.3 – Styrken af syrer og baser

I processen kaldet dissociation, adskilles en syre eller base til ioner i vand. Styrken af en syre, bestemmes af antal mol H₃O⁺ der dannes, for hvert mol syre der dissocierer. Styrken på en base, bestemmes af antal mol OH^– der dannes, for hvert mol base der dissocierer. Stærke syrer og stærke baser, dissocierer fuldstændig i vand, hvor svage syrer og svage baser kun dissocierer lidt, og efterlader det meste af den oprindelige syre eller base ikke-dissociereret.

Stærke og svare syrer

Stærke syrer er eksempler på stærke elektrolytter fordi, de donerer hydrogenioner så nemt, at deres dissociation i vand, er næsten fuldstændig. For eksempel når HCl, en stærk syre, dissocierer i vand, overføres H⁺ til H₂O; den resulterende opløsning, indeholder hovedsageligt kun ionerne H₃O⁺ og Cl^–. Vi anser reaktionen for HCl i vand, som værende fuldstændig og blive til 100% produkter. Derfor skrives reaktionsligningen for en stærk syre som HCl, kun med en pil fra venstre mod højre.

${\mathrm{HCl}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}+{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{l}\right)}\to {\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{+}+{\mathrm{Cl}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{–}$

Der findes kun seks almindelige stærke syrer. Alle andre syrer er svage. Tabel 14.4 er opstillet som den relative styrke for syrer og baser.

Svage syrer er svage elektrolytter, fordi de kun dissocierer lidt i vand, hvilket betyder, at kun en lille procentdel af H⁺ overføres fra den svage syre til H₂O, og danner derfor kun en lille mængde H₃O⁺ ioner. En svag syre, har en stærk korresponderende base, hvilket er grunden til, at den tilbageløbende reaktion er mere fremtrædende. Selv ved høje koncentrationer, danner svage syrer kun lave koncentrationer af H₃O⁺ ioner (se figur 14.2).

Mange af de produkter vi bruger i hjemmet, indeholder svage syrer. Organiske syrer så som citronsyre og eddikesyre, er svage syrer. Citronsyre er en svag syre, der findes i frugter og frugtjuicer som for eksempel citroner, appelsiner, og grapefrugter. I eddike, som anvendes til for eksempel salatdressinger, er eddikesyre (HC₂H₃O₂) typisk til stede som en 3-5% eddikesyreopløsning. I vand, donerer få HC₂H₃O₂ molekyler H⁺ til vand og danner H₃O⁺ ioner og acetationer, C₂H₃O₂^–. Dannelsen af hydroniumioner fra eddike er årsagen til, at vi synes eddike smager surt. I en svag syre, finder der også en tilbageløbende reaktion sted, der omdanner H₃O⁺ ioner og acetationer, C₂H₃O₂^–, tilbage til reaktanterne. Dette betyder, at en svag syre som for eksempel eddikesyre, opnår en ligevægt mellem den hovedsageligt ikke-dissocierede syre og dens ioner. Vi skriver reaktionsligningen for en svag syre i vandig opløsning, med en dobbeltrettet pil, for at indikere at de fortløbende og tilbageløbende reaktioner, er i ligevægt.

${\mathrm{HC}}_2{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}_{2\left(\mathrm{aq}\right)}+{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{l}\right)}\to {\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}_{2\left(\mathrm{aq}\right)}^{–}+{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{+}$

Diprotiske syrer

 

Nogle svage syrer, som for eksempel kulsyre, er diprotiske syrer, som har to H⁺, der dissocierer på samme tid. For eksempel fremstilles kulsyreholdige drikkevarer ved, at opløse CO₂ i vand, som derved danner H₂CO₃. En svag syre så som H₂CO₃ når dens ligevægt, mellem den hovedsageligt ikke-dissocierede H₂CO₃ molekyler og ionerne H₃O⁺ og HCO₃^–.

$\underset{\mathrm{kulsyre}}{{\mathrm{H}}_2{\mathrm{CO}}_{3\left(\mathrm{aq}\right)}}+{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{l}\right)}\rightleftarrows {\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{+}+\underset{\mathrm{hydrogencarbonation}}{{\mathrm{HCO}}_{3\left(\mathrm{aq}\right)}^{–}}$

Fordi HCO₃^– også er en svag syre, kan der finde endnu en dissociation sted, der danner endnu en hydroniumion og carbonationen, CO₃^2-.

$\underset{\mathrm{hydrogencarbonation}}{{\mathrm{HCO}}_{3\left(\mathrm{aq}\right)}^{–}}+{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{l}\right)}\rightleftarrows {\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{+}+\underset{\mathrm{carbonation}}{{\mathrm{CO}}_{3\left(\mathrm{aq}\right)}^{2–}}$

Til opsummering, en stærk syre så som HI i vand, dissocierer fuldstændig til dannelse af en vandig opløsning af ionerne H₃O⁺ og I^–. En svag syre så som HF, dissocierer kun lidt i vand til dannelse af en vandig opløsning, der hovedsageligt består af ikke-dissocierede HF molekyler og kun få H₃O⁺ og F^– ioner (se figur 14.3).

$\mathrm{St\ae rk} \mathrm{syre}: {\mathrm{HI}}_{\mathrm{aq})}+{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{l}\right)}\to {\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{+}+{\mathrm{I}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{–} \mathrm{Fuldst\ae ndig} \mathrm{dissocieret}$

$\mathrm{Svag} \mathrm{syre}: {\mathrm{HF}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}+{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{l}\right)}\rightleftarrows {\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{+}+{\mathrm{F}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{–} \mathrm{Kun} \mathrm{lidt} \mathrm{dissocieret}$

Stærke og svage baser

Som stærke elektrolytter, dissocierer stærke baser fuldstændig i vand. Fordi disse stærke baser er ionforbindelser, dissocierer de i vand til en vandig opløsning af metalioner og hydroxidioner. Gruppen 1A (1)’s hydroxider, er meget opløselige i vand, hvilket kan give høje koncentrationer af OH^– ioner. Få stærke baser, er mindre opløselige i vand, men hvad der kan opløses, dissocierer fuldstændig som ioner. For eksempel når KOH danner en KOH opløsning, indeholder opløsningen kun ionerne K⁺ og OH^–.

${\mathrm{KOH}}_{\left(\mathrm{s}\right)}\stackrel{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}{\to }{\mathrm{K}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{+}+{\mathrm{OH}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{–}$

Stærke baser:
Lithiumhydroxid, LiOH
Natriumhydroxid, NaOH
Kaliumhydroxid, KOH
Strontiumhydroxid, Sr(OH)₂^*
Calciumhydroxid, Ca(OH)₂^*
Bariumhydroxid, Ba(OH)₂^*

^*Lav opløselighed, men dissocierer de fuldstændig.

Natriumhydroxid, NaOH (også kendt som lud), bruges i husholdningsprodukter til fjernelse af fedt fra ovne og til at rense afløb. Fordi høje koncentrationer af hydroxidioner laver alvorlige skader på huden og øjnene, skal man følge anvisningerne omhyggeligt, når man anvender sådanne produkter i hjemmet eller i laboratoriet. Hvis du spilder en syre eller en base på huden, eller får noget af det i øjnene, sørg da for øjeblikkeligt at rense det ramte område med masser af vand i mindst 10 minutter, og søg derefter lægehjælp.

Svage baser er svage elektrolytter, der er dårlige acceptorer af hydrogenioner, og danner meget få ioner i vandige opløsninger. En typisk svag base, ammoniak, NH₃, findes i vinduesrens. I vandig opløsning, accepterer kun få ammoniakmolekyler hydrogenioner og danner NH₄⁺ og OH^–.

$\underset{\mathrm{ammoniak}}{{\mathrm{NH}}_{3\left(\mathrm{aq}\right)}}+{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{l}\right)}\rightleftarrows \underset{\mathrm{ammoniumhydroxid}}{{\mathrm{NH}}_{4\left(\mathrm{aq}\right)}^{+}+{\mathrm{OH}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{–}}$

Reaktionens retning

Der er et forhold mellem komponenterne i hvert korresponderende syre-basepar. Stærke syrer har svage korresponderende baser, som ikke let accepterer H⁺. Som styrken på syren falder, stiger styrken på dens korresponderende base.

I enhver syre-base reaktion, er der to syrer og to baser. Den ene syre, er imidlertid stærkere end den anden syre, og den ene base er stærkere end den anden base. Ved at sammenligne deres relative styrker, kan vi bestemme reaktionens retning. For eksempel, afgiver den stærke syre H₂SO₄ gerne H⁺ til vand. Hydroniumionen H₃O⁺ der derved dannes, er en svagere syre end H₂SO₄, og den korresponderende base HSO₄^– er en svagere base end vand.

$\underset{\mathrm{st\ae rkeste} \mathrm{syre}}{{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_{4\left(\mathrm{aq}\right)}}+\underset{\mathrm{st\ae rkeste} \mathrm{base}}{{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{l}\right)}}\to \underset{\mathrm{svageste} \mathrm{syre}}{{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{+}}+\underset{\mathrm{svageste} \mathrm{base}}{{\mathrm{HSO}}_{4\left(\mathrm{aq}\right)}^{–}} \mathrm{hovedsagelige} \mathrm{produkter}$

Lad os se på en anden reaktion, hvor vand donerer en H⁺ til carbonat, CO₃^2-, og danner HCO₃^– og OH^–. Fra tabel 14.4, kan vi se at HCO₃^– er en stærkere syre end H₂O. Vi kan også se, at OH^– er en stærkere base end CO₃^2-. For at nå ligevægt, reagerer den stærke syre og den stærke base, i retning af den svagere syre og den svagere base.

$\underset{\mathrm{svageste} \mathrm{base}}{{\mathrm{CO}}_{3\left(\mathrm{aq}\right)}^{2–}}+\underset{\mathrm{svageste} \mathrm{syre}}{{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{l}\right)}}\rightleftarrows \underset{\mathrm{st\ae rkeste} \mathrm{syre}}{{\mathrm{HCO}}_{3\left(\mathrm{aq}\right)}^{–}}+\underset{\mathrm{st\ae rkeste} \mathrm{base}}{{\mathrm{OH}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{–}} \mathrm{hovedsagelige} \mathrm{produkter}$

Konceptforståelse 14.4

Syrer og basers styrke Vælg til hvert spørgsmål, en af disse HCO3–, HSO4–, eller HNO2: a. Hvilken er den stærkeste syre? b. Hvilken har den stærkeste korresponderende base? Svar a. Den stærkeste syre blandt disse tre, er den syre der er tættest på toppen i tabel 14.4, hvilket er HSO4–. b. Den syre blandt disse tre, som har den stærkeste korresponderende base, er den syre der er nærmest bunden af tabel 14.4, HCO3–, hvis korresponderende base er CO32-.

Opgaveeksempel 14.4

Reaktionens retning Indeholder ligevægtsblandingen af følgende reaktion, hovedsageligt reaktanter eller hovedsageligt produkter? ${\mathrm{HF}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}+{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{l}\right)}\rightleftarrows {\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{+}+{\mathrm{F}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{–}$ Løsning Fra tabel 14.4, kan vi se at HF er en svagere syre end H3O+ og at H2O er en svagere base end F–. Derfor, indeholder ligevægtsblandingen hovedsageligt reaktanter. $\underset{\mathrm{svageste} \mathrm{syre}}{{\mathrm{HF}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}}+\underset{\mathrm{svageste} \mathrm{base}}{{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{l}\right)}}\rightleftarrows \underset{\mathrm{st\ae rkeste} \mathrm{syre}}{{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{+}}+\underset{\mathrm{st\ae rkeste} \mathrm{base}}{{\mathrm{F}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{–}}$

14.4 – Syrer og basers dissociationskonstant →