Scheikunde van basisschool tot bovenbouw · Grades 1–12

18Zuren, basen en pH

Op een plank in de keuken staan een citroen, een fles azijn, een stuk zeep en een doos baksoda; onder de gootsteen een fles ontstopper met een zwart-rood waarschuwingsetiket. Sommige hiervan smaken zuur, sommige voelen glibberig aan, sommige kunnen de huid verbranden. Eén enkele schaal, genummerd van 0 tot 14, deelt ze allemaal in — en dezelfde schaal wordt gebruikt voor zwembaden, tuingrond, het bloed en de oceanen.

Wat je al weet

Ionen zijn atomen of groepen atomen die een lading dragen; een kation zoals $\ce{Na+}$ is positief, een anion zoals $\ce{Cl-}$ of $\ce{OH-}$ negatief. Ionenoplossingen bevatten ionen met de aanduiding (aq), die vrij bewegen (Hoofdstuk 17).

Citroen, azijn, zeep en baksoda: zuren en basen in de keuken.

18.1 Zure, basische en neutrale oplossingen

Definitie 18.1 (Zure, basische en neutrale oplossingen)

Elke waterige oplossing bevat waterstofionen $\ce{H+(aq)}$ en hydroxide-ionen $\ce{OH-(aq)}$ . Een oplossing is een zure oplossing als ze meer $\ce{H+}$ -ionen dan $\ce{OH-}$ -ionen bevat, een basische oplossing als ze meer $\ce{OH-}$ -ionen dan $\ce{H+}$ -ionen bevat, en een neutrale oplossing als ze van allebei evenveel bevat.

Voorbeeld 18.2 (Drie oplossingen)

Zoutzuur is een zure oplossing: het bevat $\ce{H+(aq)}$ - en $\ce{Cl-(aq)}$ -ionen, met heel weinig $\ce{OH-}$ . Een oplossing van natriumhydroxide is basisch: $\ce{Na+(aq)}$ en $\ce{OH-(aq)}$ , met heel weinig $\ce{H+}$ . Zuiver water en zout water zijn neutraal.

18.2 De pH-schaal

Definitie 18.3 (pH)

De pH van een waterige oplossing is een getal, meestal tussen 0 en 14, dat aangeeft hoe zuur of basisch ze is: bij $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ heeft een neutrale oplossing pH 7, een zure oplossing een pH onder 7, een basische oplossing een pH boven 7. Hoe meer $\ce{H+}$ -ionen een oplossing bevat, hoe lager haar pH.

De pH-schaal, met de pH van een aantal bekende oplossingen.

Definitie 18.4 (pH-papier en pH-meter)

pH-papier is een strookje papier gedrenkt in een mengsel van kleurstoffen dat bij elke pH een andere kleur aanneemt; je brengt er een druppel van de oplossing op aan en vergelijkt de kleur met een kleurenkaart op het doosje. Een pH-meter meet de pH met een glaselektrode die in de oplossing staat, en geeft hem weer als getal, op één of twee decimalen.

Methode 18.5 (Een pH meten met pH-papier)

Leg een kort strookje pH-papier op een schoon, droog schaaltje.
Breng met een schoon glazen staafje een druppel van de oplossing op het strookje (doop het strookje nooit in de fles).
Vergelijk de kleur meteen met de kaart, en lees de pH af, meestal op een geheel getal nauwkeurig.

Een pH meten met een pH-meter: de glaselektrode staat in de oplossing, die zachtjes geroerd wordt.

18.3 Een zuur verdunnen

Propositie 18.6 (Verdunnen brengt de pH dichter bij 7)

Als je water toevoegt aan een zure oplossing, verspreiden de $\ce{H+}$ -ionen zich over een groter volume: de pH stijgt, richting 7, maar nooit voorbij 7. Voor een zuur zoals zoutzuur verhoogt tien keer verdunnen de pH met ongeveer één eenheid: één volume zuur met pH 2 plus negen volumes water geeft een oplossing met pH 3. Verdunnen van een basische oplossing verlaagt haar pH op dezelfde manier richting 7.

Een zuur tien keer verdunnen, en daarna nog eens tien keer: de pH gaat van 2 naar 3 naar 4 (elk bekerglas bevat een tiende van de vorige oplossing, aangevuld met water).

In het laboratorium — Een zuur verdunnen

Om een zuur te verdunnen, giet de docent altijd het zuur langzaam in het water, nooit het water in het zuur: bij het mengen komt warmte vrij, en water dat op een geconcentreerd zuur gegoten wordt, kan meteen koken en zuur uit het vat laten spatten.

18.4 Zuren en basen in het dagelijks leven

Propositie 18.7 (Zuren en basen om ons heen)

Zuur: citroen- en limoensap, azijn, wijn, frisdrank met prik, koffie, maagsap in de maag. Basisch: zeewater (een beetje), baksoda opgelost in water, zeep, magnesiamelk (een middel tegen maagzuur), huishoudammonia, bleekwater, ontstopper (heel sterk).

Voorbeeld 18.8 (De pH van de oceaan)

De gemiddelde pH van de oceaan is ongeveer 8.1: een beetje basisch. Sinds het begin van het industriële tijdperk heeft koolstofdioxide dat uit de lucht oplost de pH van het oppervlaktewater met ongeveer 0.1 verlaagd: de oceanen worden langzaam minder basisch, wat schelpdieren en koralen schaadt.

Rodekoolsap, door een docent bereid, verandert van kleur met de pH: rood in zuren, violet rond neutraal, blauw, groen en dan geel in steeds basischere oplossingen.

18.5 Veilig omgaan met bijtende producten

Veiligheid

Geconcentreerd zoutzuur en natriumhydroxide (de base van ontstoppers) dragen het pictogram voor bijtende stoffen, GHS05: ze veroorzaken ernstige brandwonden aan huid en ogen en tasten metalen aan. GHS07: irriterend. Veiligheidsbril en handschoenen; een spat wordt meteen met veel water weggespoeld.

Opmerking 18.9 (Meng nooit schoonmaakmiddelen)

Zure en basische producten reageren met elkaar, soms heftig, en sommige mengsels geven giftige gassen af: bleekwater gemengd met een zure ontkalker geeft chloor af. Schoonmaakmiddelen meng je nooit.

18.6 Oefeningen

Oefening 18.1 ★

Zuur, basisch of neutraal? Een oplossing met pH 3, een met pH 7, een met pH 11.

Oplossing

Oplossing van Oefening 18.1.

pH 3: zuur. pH 7: neutraal. pH 11: basisch.

Oefening 18.2 ★

Welke ionen zijn er het talrijkst in een zure oplossing? En in een basische?

Oplossing

Oplossing van Oefening 18.2.

Zuur: $\ce{H+}$ -ionen. Basisch: $\ce{OH-}$ -ionen.

Oefening 18.3 ★

Zet met de pH-schaal van dit hoofdstuk op volgorde van het meest zuur tot het meest basisch: koffie, zeewater, limoensap, huishoudammonia, zuiver water.

Oplossing

Oplossing van Oefening 18.3.

Limoensap (2), koffie (5), zuiver water (7), zeewater (8.1), huishoudammonia (12).

Oefening 18.4 ★

Beschrijf hoe je de pH van een oplossing meet met pH-papier.

Oplossing

Oplossing van Oefening 18.4.

Je legt een strookje op een schoon, droog schaaltje en brengt er met een schoon glazen staafje een druppel van de oplossing op; de kleur vergelijk je meteen met de kaart.

Oefening 18.5 ★★

Een oplossing met pH 4 wordt tien keer verdund met water. Wat is ongeveer haar nieuwe pH? En als ze honderd keer verdund wordt?

Oplossing

Oplossing van Oefening 18.5.

Ongeveer 5 na een tienvoudige verdunning; ongeveer 6 na een honderdvoudige.

Oefening 18.6 ★★

Kan een zure oplossing basisch worden door er water bij te doen? Leg uit.

Oplossing

Oplossing van Oefening 18.6.

Nee. Verdunnen brengt de pH dichter bij 7, maar nooit voorbij 7: water zelf is neutraal, en door het toe te voegen kunnen de $\ce{OH-}$ -ionen nooit talrijker worden dan de $\ce{H+}$ -ionen.

Oefening 18.7 ★★

Waarom moet je een zuur in water gieten, en niet andersom?

Oplossing

Oplossing van Oefening 18.7.

Bij het mengen komt warmte vrij. Water dat op een geconcentreerd zuur gegoten wordt, kan meteen koken en zuur wegslingeren; zuur dat langzaam in water gegoten wordt, verspreidt zich meteen over een groot volume.

Oefening 18.8 ★★

Op een fles staat het pictogram GHS05. Wat betekent dat? Noem twee voorzorgsmaatregelen.

Oplossing

Oplossing van Oefening 18.8.

Bijtend: tast huid, ogen en metalen aan. Draag een veiligheidsbril en handschoenen; spoel elke spat weg met veel water.

Oefening 18.9 ★★

Hoeveel keer moet je een zuur tien keer verdunnen om van pH 1 naar pH 4 te gaan? Hoe groot is de totale verdunning?

Oplossing

Oplossing van Oefening 18.9.

Drie verdunningen (1 naar 2, 2 naar 3, 3 naar 4): $10 \times 10 \times 10 = 1000$ keer.

Oefening 18.10 ★★

Magnesiamelk wordt ingenomen tegen maagzuur. Leg met de pH-schaal uit waarom.

Oplossing

Oplossing van Oefening 18.10.

Magnesiamelk is basisch (pH ongeveer 10.5): het reageert met een deel van het overtollige zuur in de maag.

Oefening 18.11 ★★★

De pH van de oceaan is sinds het industriële tijdperk met ongeveer 0.1 gedaald. Is de oceaan nu zuur? In welke richting verandert hij, en waarom?

Oplossing

Oplossing van Oefening 18.11.

Nee: met een pH van 8.1 is hij nog steeds een beetje basisch. Hij gaat richting een lagere pH, minder basisch, omdat er koolstofdioxide uit de lucht in oplost.

Oefening 18.12 ★★★

Een leerling meet de pH van dezelfde azijn met pH-papier (3) en met een pH-meter (2.6). Leg uit waarom de twee resultaten verschillen en welk nauwkeuriger is.

Oplossing

Oplossing van Oefening 18.12.

pH-papier lees je met het oog af tegen een kleurenkaart, tot op ongeveer één eenheid; de pH-meter geeft een getal op één of twee decimalen. De meter is nauwkeuriger; de twee resultaten komen overeen binnen de nauwkeurigheid van het papier.

18.7 Probleem: Gemorst zuur

Probleem 18.1

Weekendprobleem — een liter zuur gemorst in een gootsteen van het laboratorium, en waarom verdunnen niet de oplossing is

Een fles met $1\,\mathrm{L}$ verdund zoutzuur, met pH 2, breekt in een gootsteen van het laboratorium. In de afvoer mag geen oplossing komen met een pH onder 5. Gebruik de regel van dit hoofdstuk: voor dit zuur verhoogt elke tienvoudige verdunning de pH met één eenheid.

Deel I — Het zuur.

Is de oplossing zuur, neutraal of basisch? Welke ionen bevat ze het meest?
Welk pictogram hoort er op de fles te staan, en waarom?
De docent meet de pH met een pH-meter in plaats van met pH-papier. Noem één voordeel.
Hoeveel meer $\ce{H+}$ -ionen zitten er in een liter met pH 2 dan in een liter met pH 3 van hetzelfde zuur?

Deel II — Verdunnen.

Hoeveel oplossing krijg je als je de liter zuur tien keer verdunt? Wat is de pH?
Hoeveel tienvoudige verdunningen zijn er nodig om pH 5 te bereiken?
Hoeveel oplossing zou dat in totaal opleveren?
Zou je de oplossing met genoeg water basisch kunnen maken? Leg uit.

Deel III — Een betere manier. De docent voegt in plaats daarvan beetje bij beetje een oplossing van een base toe tot het pH-papier 7 aangeeft: de $\ce{H+}$ -ionen van het zuur reageren met de $\ce{OH-}$ -ionen van de base.

Schrijf de vergelijking op van de reactie tussen $\ce{H+}$ - en $\ce{OH-}$ -ionen.
Waarom is dit beter dan verdunnen?
Noem een basisch product uit het dagelijks leven waarmee je in een keuken een klein beetje gemorste azijn zou kunnen opruimen.
Bereken hoeveel water je aan de liter zuur zou moeten toevoegen om hem op pH 5 te brengen.

Oplossing

Oplossing van Probleem 18.1.

1. Zuur: het bevat vooral $\ce{H+(aq)}$ - en $\ce{Cl-(aq)}$ -ionen.

2. GHS05, bijtend: een zuur tast huid, ogen en metalen aan.

3. Hij geeft een nauwkeurig getal in plaats van een kleur die je met het oog moet vergelijken.

4. Tien keer meer: één pH-eenheid komt overeen met een tienvoudige verdunning.

5. $10\,\mathrm{L}$ , met pH 3.

6. Drie: pH 2 naar 3, 3 naar 4, 4 naar 5.

7. $1 \times 10 \times 10 \times 10 = 1000\,\mathrm{L}$ .

8. Nee: verdunnen brengt de pH alleen dichter bij 7.

9. $\ce{H+ + OH- -> H2O}$ .

10. Het zuur wordt vernietigd, omgezet in water, in plaats van over een enorm volume verspreid; er is maar een beetje base nodig en geen duizend liter water.

11. Baksoda opgelost in water (of zeepsop).

12. $1000 - 1 = 999\,\mathrm{L}$ water.

Begrippen gedefinieerd in dit hoofdstuk

Bekijk alle 852 begrippen in de begrippenlijst