De theorie van Brønsted Zuren en Basen

Deel 1 Zuren en Basen © H.J.C.Ubbels 2005

Svante August Arrhenius (1859-1927) Lange tijd heeft men de door Zweedse chemicus Arrhenius (1887) geformuleerde indeling van elektrolyten in zuren, basen en zouten gebruikt: zuren zijn elektrolyten die in oplossing waterstofionen afsplitsen; basen zijn elektrolyten die in oplossing hydroxide ionen afsplitsen; zouten zijn elektrolyten, opgebouwd uit een of meer metaalionen en een of meer zuurrestionen. Arrhenius

Brønsted theorie In de praktijk bleek de definitie van Arrhenius echter niet te voldoen. Voor een beter definitie van zuren, basen en zouten zorgde Brønsted (1923), die de definities van zuren en basen baseerde op het volgende reactieschema: zuur <=> base + proton (H+-ion) Onder zuren worden stoffen verstaan die protonen kunnen afsplitsen en met basen stoffen die protonen kunnen opnemen. Johannes Brønsted (1879-1947)

Uitbreiding Brønsted theorie Op de theorie van Bronsted is een uitbreiding gekomen. Het afsplitsen van een proton kan alleen in een waterige oplossing plaatsvinden, er moet namelijk een base aanwezig zijn die het proton kan opnemen. Daarom wordt een zuur-base reactie tegenwoordig opgevat als een protonen overdrachtsreactie (protolyse). Voor zoutzuur in water verloopt de protolyse volgens: HCl + H2O → H3O+ + Cl- (waarbij het evenwicht geheel rechts ligt) In dit geval functioneert water als een base aangezien het een proton opneemt.

Zuren en basen in de praktijk HCl + H2O → H3O+ + Cl-

Ionisatie in twee stappen

Ionisatie van een ZUUR in water Ionisatie van een BASE in water

Sterke zuren Kijken we nu naar waterstofchloride: HCl → H+ + Cl- Waterstofchloride is een sterk zuur, het staat gemakkelijk protonen af. Het chloride ion heeft echter weinig neiging een proton op te nemen, heeft dus nagenoeg geen basische eigenschappen.

Waarom is waterstofchoride een sterk zuur en methaan geen zuur?

Polaire atoombinding δ+ δ-

Zwavelzuur

Zwakke zuren Kijken we nu naar azijnzuur: CH3COOH ↔ H+ + CH3COO- Azijnzuur is een zwak zuur, het staat niet zo gemakkelijk protonen af. Het acetaat ion kan een proton opnemen en is de geconjugeerde (zwakke) base van azijnzuur.

CH3COOH + H2O ↔ H3O+ + CH3COO-

Sterke basen Kijken we nu naar natriumoxide: Na2O + H2O → 2 Na+ + 2 OH- Het oxide ion is een sterke base, het neemt gemakkelijk protonen op. Het hydroxide ion heeft echter weinig neiging een proton af te staan, heeft dus nagenoeg geen zure eigenschappen.

Zwakke basen Kijken we nu naar azijnzuur: NH3 + H+ → NH4+ Ammoniak is een zwakke base, het neemt niet gemakkelijk protonen op. Het ammonium ion kan een proton afstaan en is het geconjugeerde zuur van ammoniak.

Ammoniak in water (1)

Ammoniak in water (2)

Amfolyten HCO3- + H+ ↔ H2CO3 HCO3- + H+ ↔ + CO32- Sommige stoffen kunnen zich zowel basisch als zuur gedragen, de amfolyten: HCO3- + H+ ↔ H2CO3 HCO3- + H+ ↔ + CO32-

Autoprotolyse van water Water kan zich als een zuur en als een base gedragen en is dus ook een amfolyt. Het kan zichzelf protolyseren volgens: 2 H2O ↔ H3O+ + OH- Deze reactie noemt men de autoprotolyse van water en is er verantwoordelijk voor dat zuiver water (een heel klein beetje) stroom kan geleiden.

Eigenschappen van zure en basische oplossingen Zure oplossing Basische oplossing bevat H3O+ bevat OH- pH < 7 pH > 7 kleurt blauw lakmoes rood kleurt rood lakmoes blauw sterk zure oplossingen zijn corrosief en bijtend sterk basische oplossingen zijn bijtend

De pH van zuren en basen (2) sterk zuur zwak zuur neutraal zwakke base sterke base

Welke indicator is het meest geschikt in het gebied van pH = 7: een lakmoesoplossing of broomthymolblauw (zie binas tabel 52A) ?

Einde deel 1 Zuren en Basen © H.J.C.Ubbels 2005