14.2: Zuren - Eigenschappen en voorbeelden (2023)

Zuren

Zuren komen heel vaak voor in sommige voedingsmiddelen die we eten. Citrusvruchten zoals sinaasappels en citroenen bevatten citroenzuur en ascorbinezuur, beter bekend als vitamine C. Koolzuurhoudende frisdranken bevatten fosforzuur. Azijn bevat azijnzuur. Je eigen maag gebruikt zoutzuur om voedsel te verteren. Zuren zijn een aparte klasse van verbindingen vanwege de eigenschappen van hun waterige oplossingen, zoals hieronder beschreven:

1. Waterige oplossingen van zuren zijn elektrolyten, wat betekent dat ze elektrische stroom geleiden. Sommige zuren zijn sterke elektrolyten omdat ze volledig ioniseren in water, waardoor een groot aantal ionen ontstaat. Andere zuren zijn zwakke elektrolyten die voornamelijk in niet-geïoniseerde vorm voorkomen wanneer ze in water worden opgelost.
2. Zuren hebben een zure smaak. Citroenen, azijn en zure snoepjes bevatten allemaal zuren.
3. Zuren veranderen de kleur van bepaalde zuur-base indicaties. Twee veel voorkomende indicatoren zijn lakmoes en fenolftaleïne. Blauwe lakmoes wordt rood in aanwezigheid van een zuur, terwijl fenolftaleïne kleurloos wordt.
4. Zuren reageren met actieve metalen om waterstofgas op te leveren. Bedenk dat een activiteitenreeks een lijst is van metalen in aflopende volgorde van reactiviteit. Metalen die boven waterstof in deactiviteiten seriezal de waterstof van een zuur vervangen in een enkelvoudige vervangingsreactie, zoals hieronder weergegeven:
   \[\ce{Zn} \left( s \right) + \ce{H_2SO_4} \left( aq \right) \rightarrow \ce{ZnSO_4} \left( aq \right) + \ce{H_2} \left( g \right) \label{eq1} \]
5. Zuren reageren met basen om een ​​zoutverbinding en water te produceren. Wanneer gelijke mol van een zuur en een base worden gecombineerd, wordt het zuur geneutraliseerd door de base. De producten van deze reactie zijn een ionische verbinding, die wordt aangeduid als een zout, en water.

Het zou niet moeilijk voor je moeten zijn om verschillende veelvoorkomende zuren te noemen (maar het kan zijn dat het opsommen van basen iets moeilijker is). Hieronder staat een gedeeltelijke lijst van enkele veel voorkomende zuren, samen met enkele chemische formules:

Wat maakt een zuur precies tot een zuur en wat zorgt ervoor dat een base als een base fungeert? Bekijk de formules in de bovenstaande tabel en doe een gokje.

Zoutzuur

Zoutzuur is een bijtend, sterk mineraal zuur met veel industriële toepassingen. Een kleurloze, zeer scherpe oplossing van waterstofchloride (HCl) in water. Zoutzuur wordt meestal bereid door \(\ce{HCl}\) te behandelen met water.

\[ \ce{\displaystyle HCl (g) + H2O (l) \longrightarrow H_3O^{+}(aq) + Cl^{-} (aq) } \nonumber \]

Zoutzuur kan daarom worden gebruikt om chloridezouten te bereiden. Zoutzuur is een sterk zuur, omdat het volledig is gedissocieerd in water. Zoutzuur is het geprefereerde zuur bij titratie voor het bepalen van de hoeveelheid basen.

Zwavelzuur

Zwavelzuur is een sterk bijtend sterk mineraal zuur met de molecuulformule \(\ce{H2SO4}\). Zwavelzuur is een diprotisch zuur en heeft een breed scala aan toepassingen, waaronder gebruik in huishoudelijke zure afvoerreinigers,^[als elektrolyt in loodzuuraccu's en in verschillende reinigingsmiddelen. Het is ook een centrale stof in de chemische industrie.

Omdat de hydratatie van zwavelzuur thermodynamisch gunstig is (en sterk exotherm is) en de affiniteit ervan voor water voldoende sterk is, is zwavelzuur een uitstekend dehydraterend middel. Geconcentreerd zwavelzuur heeft een zeer krachtige dehydraterende eigenschap, het verwijdert water (\(\ce{H2O}\)) uit andere verbindingen, waaronder suiker en andere koolhydraten en produceert koolstof, hitte en stoom. Zwavelzuur gedraagt ​​zich als een typisch zuur in zijn reactie met de meeste metalen door waterstofgas te genereren (Vergelijking \ref{Eq1}).

\[\ce{M + H2SO4 → M(SO4) + H2 } \label{Vgl1} \]

Salpeterzuur

Salpeterzuur (\(\ce{HNO3}\)) is een sterk bijtend mineraal zuur en wordt ook vaak gebruikt als sterk oxidatiemiddel. Salpeterzuur wordt bij omgevingstemperatuur normaal gezien als een sterk zuur beschouwd. Salpeterzuur kan worden gemaakt door stikstofdioxide (\(\ce{NO_2(g)}\)) te laten reageren met water.

\[\ce{3 NO2(g) + H2O (l)→ 2 HNO3 (ag) + NO(g)} \nonumber \]

Salpeterzuur reageert met de meeste metalen, maar de details zijn afhankelijk van de concentratie van het zuur en de aard van het metaal. Verdund salpeterzuur gedraagt ​​zich als een typisch zuur in zijn reactie met de meeste metalen (zo zal salpeterzuur met magnesium, mangaan of zink \(\ce{H2}\) gas vrijmaken):

\[\ce{Mg + 2 HNO3 → Mg(NO3)2 + H2 } \nonumber \]

\[\ce{Mn + 2 HNO3 → Mn(NO3)2 + H2 } \nonumber \]

\[\ce{Zn + 2 HNO3 → Zn(NO3)2 + H2 } \nonumber \]

Salpeterzuur is een bijtend zuur en een krachtig oxidatiemiddel. Het grootste gevaar dat het vormt, is chemische verbranding, omdat het zure hydrolyse uitvoert met eiwitten (amide) en vetten (ester), waardoor levend weefsel wordt afgebroken (Figuur \(\PageIndex{2}\)). Geconcentreerd salpeterzuur kleurt de menselijke huid geel vanwege de reactie met de keratine

Koolzuur

Koolzuur is een chemische verbinding met de chemische formule \(\ce{H2CO3}\) en wordt soms ook gegeven aan oplossingen van koolstofdioxide in water (koolzuurhoudend water), omdat dergelijke oplossingen kleine hoeveelheden \(\ce{ bevatten H2CO3(aq)}\). Koolzuur, dat een zwak zuur is, vormt twee soorten zouten: de carbonaten en de bicarbonaten. In de geologie zorgt koolzuur ervoor dat kalksteen oplost, waardoor calciumbicarbonaat wordt geproduceerd, wat leidt tot veel kalksteenkenmerken zoals stalactieten en stalagmieten. Koolzuur is een polyprotisch zuur, in het bijzonder is het diprotisch, wat betekent dat het twee protonen heeft die kunnen dissociëren van het moedermolecuul.

Wanneer koolstofdioxide oplost in water, bestaat het in chemisch evenwicht (besproken inHoofdstuk 15), waarbij koolzuur wordt geproduceerd:

\[\ce{CO2 + H2O <=> H2CO3} \nonumber \]

De reactie kan worden gestimuleerd om de reactanten te begunstigen om \(\ce{CO2(g)}\) uit de oplossing te genereren, wat de sleutel is tot de bellen die worden waargenomen in koolzuurhoudende dranken (Figuur \(\PageIndex{3}\)).

Mierenzuur

Mierenzuur (\(\ce{HCO2H}\)) is het eenvoudigste carbonzuur en is een belangrijk tussenproduct in chemische synthese en komt van nature voor, met name in sommige mieren. Het woord "formic" komt van het Latijnse woord voor mier, formica, verwijzend naar zijn vroege isolatie door de destillatie van mierenlichamen. Mierenzuur komt veel voor in de natuur als zijn geconjugeerde baseformiaat.

Citroenzuur

Citroenzuur (\(\ce{C6H8O7}\)) is een zwak organisch tricarbonzuur dat van nature voorkomt in citrusvruchten. Het citraation is een tussenproduct in deTCAfiets (citroenzuurcyclus), een centrale stofwisselingsroute voor dieren, planten en bacteriën. Omdat het een van de sterkere eetbare zuren is, wordt het dominante gebruik van citroenzuur gebruikt als smaakstof en conserveermiddel in voedsel en dranken, met name frisdranken.

Acetylsalicylzuur

Acetylsalicylzuur (ook bekend als aspirine) is een medicijn dat wordt gebruikt om pijn, koorts en ontsteking te behandelen. Aspirine, in de vorm van bladeren van de wilg, wordt al minstens 2400 jaar gebruikt vanwege zijn gezondheidseffecten.

Aspirine is een witte, kristallijne, zwak zure substantie.

Samenvatting

Er werd een korte samenvatting gegeven van de belangrijkste aspecten van verschillende zuren die studenten vaak tegenkomen. Zuren zijn een aparte klasse van verbindingen vanwege de eigenschappen van hun waterige oplossingen.

Bijdragen en toeschrijvingen

• Peggy Lawson(Oxbow Prairie Heights-school). Gefinancierd door Saskatchewan Educational Technology Consortium.