Hoofdstuk 2
Zuren en basen

§1 Zuren en basen
§2 Schoonmaken
§3 Waterstofionen
§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. Er geldt:

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. Hoe hoger de pH, hoe meer basisch de stof.
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 stoffen.

(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.

En nu de basen. 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.

In geconcentreerde vorm zijn veel van deze zuren en basen 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.

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

(1p) Geef de pH-waarde van water.

(4p) Geef van de volgende stoffen aan of de pH boven of onder de 7 is:

Azijn

Gootsteenontstopper

Zeep

Limoensap

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.

(2p) 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) Wat gebeurt er met de pH-waarde als we onze huid wassen met zeep. Ga de pH omhoog, naar beneden of blijft de pH gelijk.

(1p) Noem een reden waarom het niet goed is om je huid te vaak te wassen met zeep.

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

Een leerling voegt fenolftaleïne toe aan een onbekende oplossing. De oplossing wordt hierdoor lichtpaars.

(1p) Concludeer hieruit of de stof een zuur of een base is.

(1p) Welke kleur krijg fenolftaleïne in een zuur?

(1p) Welke kleur krijgt methylrood in een zeepoplossing?

(1p) Een leerling houdt een lakmoespapiertje in citroensap. Welke kleur krijgt het papiertje hierdoor?

(1p) Zure regen kan ontstaan doordat zwaveldioxide met water en zuurstof uit de lucht een zuur vormt. Om welk zuur zal het hier gaan?

(1p) Uit welke ionen bestaat natronloog?

(1p) Uit welke ionen bestaat kalkwater?

(1p) Uit welke ionen bestaat soda?

§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 schoonkrijgen, maar andere niet. De vlekken die we wel met water wegkrijgen hebben de eigenschap dat ze oplossen in water. Een goed voorbeeld hiervan zijn de suikers in zoete drankjes, zoals limonade. Als je een suikervlek op je shirt krijgt, dan kan je de vlek eerst laten weken in water. Hierdoor lost de suiker in het water op. We zeggen dan dat we water hebben gebruikt als oplosmiddel. Daarna spoelen we het water met de opgeloste suiker weg. Hier zeggen we dat we het water hebben gebruikt als spoelmiddel.

Er is ook vuil dat je niet in water kan oplossen, maar waarbij je water wel kan gebruiken als spoelmiddel. Als je bijvoorbeeld de bladeren van een krop sla haalt, dan zit daar vaak nog een beetje zand op. Dit zand lost niet op in water, maar kan je wel gemakkelijk wegspoelen met water.

Bij vetvlekken is water niet voldoende. Vet lost niet op in water en vet kan je ook niet wegspoelen met water. We kunnen deze vlekken wel verwijderen met zeep. Zeepdeeltjes hebben een kop en een steel. De steeltjes kunnen niet oplossen in water en komen na verloop van tijd vast te zitten in het vet (zie de rechter afbeelding). De koppen komen aan de buitenkant van het vet te zitten en zijn wel oplosbaar in water. Als gevolg kan het vet nu oplossen in water en daarna kan het water worden weggespoeld.

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. Het is daarom niet verstandig erg vaak je huid te wassen met zeep.

Naast zeep wordt ook soda gebruikt om vetten te verwijderen. Voor vetten die zelfs met zeep en soda niet oplossen, kan een sterkere basische stof gebruikt worden, bijvoorbeeld natronloog (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 zitten in kraanwater allerlei mineralen opgelost. Dit zijn met name calciumionen (Ca²⁺) en magnesiumionen (Mg²⁺). We noemen water met deze mineralen ook wel hard water. De calciumionen kunnen reageren met water en koolstofdioxide tot calciumcarbonaat (CaCO₃). Deze stof blijf o.a. achter in de vorm van kalkaanslag als hard water verdampt. We zien dit bijvoorbeeld 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)

Om kalkaanslag te voorkomen heeft het drinkwaterbedrijf al een groot deel van de calcium- en magnesiumionen uit het water verwijderd, maar niet alles. Om te voorkomen dat dit water in de 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 (CO₃^2-) in soda reageren met de calciumionen in het water en zorgen ervoor dat calciumcarbonaat (CaCO₃) neerslaat:

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

De calciumcarbonaat kan je daarna met water gemakkelijk wegspoelen.

Een andere manier om water te ontharden is met een ionenwisselaar. Dit is een voorwerp met aan de buitenkant bijvoorbeeld natriumionen. Calciumionen in het water kunnen de plek innemen van deze natriumionen en zich hechten aan het voorwerp. Vandaar dat we spreken van een ionenwisselaar.

Als de kalkaanslag al is gevormd, kunnen we het verwijderen met zuren. Een goed voorbeeld is schoonmaakazijn. Hieronder is bijvoorbeeld azijn gebruikt bij het verwijderen van kalk van het verwarmingselement van een waterkoker.

Hard water heeft ook nog het volgende nadeel. Als hard water in aanraking komt met zeep, dan vormt een witte stof genaamd kalkzeep. Net als kalkaanslag kan ook kalkzeep een aanslag achterlaten nadat het water is verdampt. Dit zorgt er o.a. voor dat je kleding een grauwe kleur krijgt als je het wast met zeep. Ook heb je meer zeep nodig bij het wassen.

Moderne wasmiddelen hebben het voordeel dat ze geen kalkzeep vormen. Dit komt omdat hier gebruik wordt gemaakt van synthetische zeep. Ook zijn moderne wasmiddelen pH-neutraal, wat beter is voor de huid. Moderne wasmiddelen hebben wel het nadeel dat ze slechter zijn voor het milieu.

Als laatste bespreken we schuurmiddel. Hierin zitten fijne korreltjes vaste stof die een schurende werking hebben. Een voorbeeld is garagezeep. Deze zeep wordt gebruikt in garages en werkplaatsen om hardnekkige olie- en vetvlekken te verwijderen. Ook tandpasta bevat een schuurmiddel. Er zit krijt in dat fungeert als een licht schuurmiddel om je tanden schoon te krijgen. Ook zit er in tandpasta trouwens een beetje zeep waarmee vetresten en zuren verwijderd kunnen worden. Deze zuren zijn vaak afkomstig van bacteriën die suiker omzetten in zuur. Daarnaast zit er ook vaak fluoride in tandpasta. Dit helpt het tandglazuur te beschermen.

Leerdoelen:

Zorg dat je weet dat suikervlekken oplossen in water en daarna weggespoeld kan worden. Water dient hier als oplosmiddel en spoelmiddel.

Zorg dat je weet dat vetten in zeep oplossen. Zorg dat je de werking van zeep kan uitleggen met behulp van de koppen en steeltjes van zeepdeeltjes.

Zorg dat je weet dat je soda, natronloog (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 water hard wordt genoemd als er calcium- en magnesiumionen in opgelost zijn. Kalkaanslag ontstaat als de calcium- en magnesiumionen in drinkwater neerslaan (als calciumcarbonaat en magnesiumcarbonaat).

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 zeep met de kalk in het water reageert tot kalkzeep. Dit kan ook voor aanslag zorgen. Bij synthetische wasmiddelen gebeurt dit niet. Ook zijn synthetische wasmiddelen pH-neutraal, wat beter is voor de huid.

Zorg dat je weet wat schuurmiddelen zijn.

Opdrachten

(6p) Noteer welke schoonmaakmiddelen je kan gebruiken bij: suikervlekken, vetvlekken, zweet, nagellak, verfvlekken en kalkaanslag.

(3p) Een leerling maakt op zijn shirt vlekken van honing, mayonaise en limonadesiroop. Welke van deze vlekken kan je met water schoonkrijgen? En hoe krijg je de vlekken schoon die je niet met water schoon krijgt?

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

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 stroop.

(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?

Met zeep kunnen vetten worden verwijderd.

(1p) De steeltjes van zeepdeeltjes kunnen wel oplossen / niet oplossen in water en de koppen van zeepdeeltjes kunnen wel oplossen / niet oplossen in water.

(2p) In de onderstaande afbeelding wordt zeep gebruikt bij het schoonmaken van een tapijt. Eerst wordt hiervoor een sopje van water en zeep gemaakt. Zet de afbeeldingen in de juiste volgorde.

(1p) Leg uit in welke afbeelding water als spoelmiddel is gebruikt.
(Bron: Examen VMBO-T 2014-1)

(2p) Als je naar het strand geweest bent, dan zit er vaak nat zand aan je kleding geplakt. Dit zand krijg je gemakkelijk weg in een bakje met water. Leg uit of water hier gebruikt wordt als oplosmiddel, spoelmiddel of allebei.

(3p) In een wasmachine gebruiken we vaak synthetische zeep in plaats van natuurlijke zeep. Noem twee voordelen 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) Aan de schoonmaakmiddelen wordt ook een schuurmiddel toegevoegd. Leg uit wat een schuurmiddel is en hoe het werkt.

Kalkaanslag wordt ook wel ketelsteen genoemd.

(1p) Geef de formule van ketelsteen.

(1p) Kalkaanslag kan verwijderd worden met bijvoorbeeld azijn. Het werkt beter als de azijn een beetje verwarmd is. Leg uit waarom dit het geval is.

In hard water werkt zeep minder goed doordat het reageert met bepaalde deeltjes in het water.

(2p) Geef de namen en de chemische formules van de deeltjes waarmee het zeep reageert.

(1p) De verbinding die hierbij ontstaat, kan ook voor aanslag zorgen. Hoe heet deze aanslag?

(1p) Met een waterontharder kan het water minder hard gemaakt worden. De magnesium- en calciumionen in het water vormen samen met de waterontharder een slecht oplosbaar zout. Dit zout kan daarna gemakkelijk weggespoeld worden. Hiermee kan je de vorming van aanslag voorkomen. Ga na of je als ontharder keukenzout kan gebruiken. Gebruik hiervoor de oplosbaarheidstabel in BINAS.

(1p) Geef de formule van soda.

(1p) Laat met BINAS zien dat soda wel geschikt is als waterontharder.

(1p) Is de reactie die bij ontharden plaatsvindt een oplossing, een ontledingsreactie, een neerslagreactie of een zuurbasereactie.
(Bron: Examen VMBO-T 2017-2)

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

(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.

(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 Waterstofionen

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

Hieronder zien we nogmaals de tabel met zuren van eerder in dit hoofdstuk. In de tweede kolom van de tabel kan je zien dat elk zuur een waterstofatoom bevat. Dit waterstofatoom noteren we altijd aan het begin van de formule van een zuur. Bij het oplossen van zuren komt het waterstofatoom vrij als een los waterstofion (H⁺). Dit kan je zien in de derde kolom van de tabel.

Zuur	Chemische formule	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)

Hoe groter de concentratie waterstofionen is, hoe zuurder de stof en hoe lager de pH.

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

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

Aan de rechterkant van de vergelijking zien we twee losse waterstofionen. Dit zorgt voor 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 zuren ook metalen oplossen. In de onderstaande afbeelding zien we bijvoorbeeld een stukje zink dat in zoutzuur is gelegd. De waterstofionen van het zoutzuur reageren met zink en als gevolg lost de zink op. De reactie schrijven we als volgt op:

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

Zoals je ziet zijn de zinkatomen (Zn) in het metaal nu omgezet in zinkionen (Zn²⁺). Ook zien we aan de hand van de toestandsaanduiding "aq" dat deze ionen zijn opgelost in water. Zoals je kan zien is bij de reactie ook waterstofgas (H₂) ontstaan. Dit is de oorzaak van de belletjes in de rechter foto.

Het oplossen van metalen wordt o.a. gebruikt bij etsen. Vroeger werd met deze techniek bijvoorbeeld 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, waarbij het was werk weggekrast. Daarna werd een zuur aangebracht. 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. Zie het onderstaande filmpje.

FILMPJE

Basen

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

Base	Chemische formule	Voorbeeld
Hydroxide-ion	OH^-	Natronloog: Na⁺ (aq) + OH^- (aq) Kalkwater: Ca²⁺ (aq) + OH^-(aq)
Oxide-ion	O^2-	-
Carbonaation	CO₃^2-	Soda-oplossing: 2 Na²⁺ (aq) + CO₃^2- (aq) Koolzuurhoudend water: H⁺ (aq) + CO₃^2- (aq)
Ammoniak	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 (H⁺).

Zorg dat je weet dat de waterstofionen (en dus zuren) 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) Leg aan de hand van de chemische formule uit of een sodaoplossing een zuur of een base is.

(1p) Leg aan de hand van de chemische formule uit of azijn een zuur of een base is.

(1p) Leg aan de hand van de chemische formule uit of een kalkwater een zuur of een base is.

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

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?

(2p) 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)

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.

(2p) Uit de gegeven vergelijking blijkt dat de pH van de vloeistof verandert. Hoe kan je dit zien? En wordt de pH hoger of lager?

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

§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.

Een voorbeeld van een zuurbase-reactie is het verwijderen van kalkaanslag met behulp van een zuur. Deze reactie ziet er als volgt uit:

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

In dit geval reageren de basische carbonaationen (CO₃^2-) in ketelsteen (CaCO₃) met de waterstofionen (H⁺) van een zuur. De calciumionen die hierbij ontstaan zijn in het water opgelost en kan je dus gemakkelijk wegspoelen.

Deze reactie wordt ook 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.

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

(1p) Als je een maagzuurremmer neemt, dan reageert calciumcarbonaat met het zoutzuur in je maag. Leg uit dat dit een zuurbase-reactie is.

(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)

(1p) Hoe heet de oplossing van ammoniak?

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) Geef de formule van het negatieve ionsoort in azijn.

(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?

(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?

(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 opstelling waarmee een zogenaamde titratie kan worden uitgevoegd. 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 stoppen het zuur of de base in een erlenmeyer en voegen een indicator toe. Als we een zure vloeistof hebben, dan voegen we daarna 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 .

Als indicator kan je bijvoorbeeld een paar druppels fenolftaleïne gebruiken. Deze indicator is kleurloos in een zuur en paars in een base. Als we een zure vloeistof hebben, dan voegen we daarna met behulp van een buret nauwkeurig een hoeveelheid basische stof toe. Voeg telkens een beetje van de base toe en schud dan goed, zodat de base zich goed kan verspreiden. Ga door totdat de fenolftaleïne net een beetje paars begint te kleuren en ook paars blijft na het schudden (zie de onderstaande afbeelding). Het omslagpunt van fenolftaleïne vindt plaats rond de pH 7. Op dit moment is de stof neutraal geworden.

Laten we hier nu mee rekenen. Een leerling wil weten hoeveel azijnzuur er in 50 mL keukenazijn zit. De keukenazijn wordt hiervoor met een paar druppels fenolftaleïne in een erlenmeyer gedaan. Met een titratie bleek 42 mL natronloog nodig te zijn tot het omslagpunt bereikt is. 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 er in de keukenazijn zat:

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.

(2p) 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. Deze 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
Koolzuur	H₂CO₃	Ammonia	NH₃ (aq)
Azijnzuur	HAc
Fosforzuur	H₃PO₄

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