Syrer og baser

Syrer og baser

Af Rasmus Foss

Indhold

  • Atomets opbygning
  • Syrer og baser
  • Fælles for syrer og baser
  • Syrer
  • Baser
  • Neutralisation
  • Salte
  • Kilder

Atomets opbygning

Alt består af atomer. Hver ting, alt man kan se og ikke kan se, selv luft, består af atomer. Atomer er noget af det mindste, man kender. Dog er de ikke så små, at det ikke kan blive mindre. Dette afsnit handler om de små ting, atomer er opbygget af og deres egenskaber.

Det er væsentligt i forhold til syrer, baser og salte, da det er vigtigt at forstå, hvad de er bygget af.

Atomer

Partikler

Et atom består nemlig selv af tre partikler – elementarpartiklerne – der hver har forskellige ladninger:

  • Protoner – de positivt ladede
  • Neutroner – de neutralt ladede
  • Elektroner – de negativt ladede

Protonerne og neutroner udgør atomets kerne, og de kaldes kernepartikler eller nukleoner. Et atom består nemlig af en kerne med en masse skaller rundt om, hvori elektronerne løber. De fastholdes af protonernes – kernens – tiltrækning, der jo er modsat elektronernes. De baner elektroner løber i kaldes elektronskaller, det er dem, der befinder sig uden for kernen. Disse skaller er de områder, hvor elektronerne oftest befinder sig. Man kan nemlig ikke fuldstændigt sige, hvor elektronerne befinder sig.

Et atom har altid lige mange protoner og elektroner. Protonerne og elektronernes ladning er lige store, så når der er lige mange, ophæver de hinanden, og atomet bliver således neutralt. Langt de fleste grundstoffer har også neutroner i kernen, men da neutroners ladning er neutral, ændrer det ikke noget væsentligt, hvad dette angår.

Et grundstof er et stof, der udelukkende består af én slags atomer. Antallet af protoner i atomets kerne bestemmer, hvilket nummer et grundstof har. For eksempel er Hydrogen grundstof nr. 1, da de har 1 proton i dets kerne.

Elektronskaller

Elektronerne i stoffer befinder sig som nævnt i baner rundt om atomets kerne. De baner kaldes elektronskaller og kan fortælle noget om atomets egenskaber.

Disse skaller er de områder, hvor elektronerne befinder sig oftest. I disse skal atomets elektroner fordele sig. Hertil er der nogle regler for, hvor mange elektroner der er plads til i de forskellige skaller, for der er forskel. Her er et skema, der viser, hvordan elektronerne fordeler sig i skallerne:

Skallens Nummer Max antal elektroner
1 2
2 8
3 18
4 32
5 50
6 72
7 98

Hvis et atom for eksempel har 2 elektroner, som Helium, vil de begge være at finde i første skal. Men hvis atomet har 3 elektroner, vil to af dem være i første skal mens den tredje vil være i den anden skal. Jo flere elektroner der er, jo flere skaller er der. En skal behøver ikke altid at være helt fyldt op, før elektroner flytter sig længere ud fra midten, bortset fra de to inderste skaller, der altid skal være fyldte, før der elektroner placerer sig længere ude.

Ligesom med antallet af partikler fortæller antallet af skaller også noget om dets egenskaber i det periodiske system. Hvis et atom for eksempel har elektroner i én skal, befinder grundstoffet sig i første periode, mens hvis det har elektroner i to skaller, er det i anden periode-gruppe. Antallet af skaller fortæller altså i hvilken periode, grundstoffet befinder sig. På samme måde fortæller antallet af elektroner i yderste skal i hvilken hovedgruppe, det er. I hovedgruppe 1 er alle de grundstoffer med én elektron i yderste skal, i hovedgruppe 2 er alle de med to elektroner i yderste skal og sådan fortsætter det. Antallet af elektroner i yderste skal bestemmer et grundstof kemiske egenskaber, da der ved en kemisk reaktion sker ændringer i yderste skal. Det bringer mig videre til næste emne:

Kemiske forbindelser

De fleste stoffer ønsker at indgå en kemisk forbindelse med andre stoffer, så de kan blive stabile. Som udgangspunkt er grundstoffer nemlig ikke stabile, da de ikke opfylder oktet-reglen, men det kan de blive, hvis de går sammen med andre stoffer.

Oktet-reglen

For at være stabile – hvilket alle grundstoffer søger at være – skal man nemlig have otte elektroner i den yderste skal. Det er det, oktet-reglen handler om:

Et atom stræber efter at ligne den nærmeste ædelgas i sig elektronsystem.

Det gør, at alle grundstoffer, der ikke allerede har otte elektroner i yderste skal, søger at få det. Det gør de netop ved at indgå forbindelser med andre stoffer, der heller ikke har otte elektroner i yderste skal. De, der har det, kaldes ædelgasser (eller de inaktive gasarter) og er stabile grundstoffer, der ikke indgår kemiske forbindelser. Herudover findes der fem stoffer, Hydrogen, Lithium, Beryllium, Bor og Helium, som heller ikke ønsker at opfylde oktet-reglen, men i stedet dublet-reglen der siger, at man skal have to elektroner i yderste skal for at være stabil.

Et atom kan opfylde oktet-reglen på tre måder:

  • Ved at optage elektroner,
  • Ved at afgive elektroner,
  • Eller ved sammen med et andet atom at være fælles om nogle elektroner.

Grundstoffer vil altså gerne indgå forbindelser med andre grundstoffer, så de kan få en stabil elektronstruktur. Når de sætter sig sammen i kemiske forbindelser, er der tre forbindelser de kan indgå:

  • Ionforbindelser
  • Kovalente forbindelser
  • Metalforbindelser

Jeg vil her skrive om ionforbindelser og kovalente forbindelser, da det er det, syrer, baser og salte er.

Ionforbindelser

En ionforbindelse er en forbindelse, der består af et metal og et ikke-metal. Det fungerer sådan, at metallet afgiver elektroner til ikke-metallet, så de overholder oktet-reglen og bliver stabile. Herved dannes en ionforbindelse.

Et eksempel er saltet Natriumchlorid. Her afgiver Na én elektron, som chlor optager, hvorved de begge bliver stabile og holder hinanden fast, da de har fået modsatte elektriske ladninger, hvilket gør, at de tiltrækker hinanden. De er altså blevet til ionforbindelse Natriumchlorid. Den består så af ionerne Na+ (da den har afgivet en elektron, har den én proton mere) og Cl- (der har en elektron i overskud). Na er en positiv ion, da den har flere protoner end elektroner, og Cl er en negativ ion, da den har flest elektroner. Alle ioner er positive eller negative, for:

Et atom, der har et andet antal elektroner end antallet af protoner, kaldes en ion.

Alle metaller danner positive ioner, mens ikke-metallerne altid vil danne negative ioner.

I en ionforbindelse holdes de positive og negative ioner sammen i et iongitter af elektriske kræfter. Da de har forskellige elektriske ladninger, tiltrækker modsatte ladninger hinanden og danner en vedvarende forbindelse mellem dem. Ens ladninger frastøder i stedet hinanden, og en ionforbindelse består derfor af både en positiv (metal-ion) og en negativ (ikke-metal ion).

Kovalente forbindelser

Kovalente forbindelser er forbindelser mellem ikke-metaller. De overholder oktet-reglen ved at deles om elektroner.
Kovalente forbindelser kaldes molekyler. Vand er et godt eksempel på en kovalent forbindelse. Det består af H og O, hvilke begge er ikke-metaller. Vand er derfor et molekyle.

Syrer og baser

Så er vi nået til afsnittet om syrer og baser. Syrer og baser er ikke kun noget, man taler om i kemi, men noget som vores hverdag i høj grad handler om. Syrer finder man for eksempel så tæt på som i sin egen mave, mavesyre, eller i musklerne hvor man kan få mælkesyre. Baser kender vi også, de bruges nemlig ofte til at gøre rent, da det opløser fedt godt. Begge ting findes overalt omkring os.

Jeg vil starte med at beskrive de begreber, som man både bruger med syrer og baser, hvorefter jeg vil beskrive deres egenskaber for sig.

Fælles for syrer og baser

pH-værdi

pH-skalaen er en skala, man bruger, når man måler en væskes surhedsgrad. Skalaen går fra 0 til 14, hvor 0 er sur, 14 er basisk og 7 er neutral. Reelt fortæller pH-værdien om koncentrationen af H+-ioner og OH–ioner i en væske, da det er dem, der gør væsken sur eller basisk. Er væsken sur – 0-6 på skalaen – er der flere H+-ioner end Cl–ioner, er væsken basisk – 8-14 på skalaen – betyder det, at der er flere OH–ioner end H+-ioner, og hvis den er neutral, er der lige mange af hver.

pH-skalaen er en logaritmisk skala. Det betyder, at hvert skridt er 10 gange så koncentreret/fortyndet, som det forrige. For eksempel er 1 på skalaen således 10 gange mere koncentreret end 2, og 2 er 10 gange mere fortyndet end 1. Det betyder i praksis, at der er 10 gange så mange H+-ioner i 1 end 2.

ph.jpg

pH-værdi måles oftest ved hjælp af et indikatorpapir, der er sammensat af indikatorerne bromthymolblåt, lakmus, phenolphthalein og thymolblåt. Det er dem, der giver farverne, der viser pH-værdien.

Mol og molær

Man bruger begreberne mol og molær, når man skal fastsætte, hvor koncentreret en væske er. For eksempel kan en saltsyre være 1 molær. Det betyder, at der er opløst 1 mol HCL-molekyler i 1 liter af saltsyren. Mol er et tal for, hvor mange atomer, ioner eller molekyler der er i væsken. 1 mol er 6,023 * 1023.

Ionisering

Ionisering er et begreb, man bruger, når man taler om, hvor god en syre/base er til at slippe af med H+- eller OH—ioner – hvor god den er til at blive til ioner, når det blandes med vand.

Syrer

En syre er et stof, der kan afgive H+-ioner. Dermed også sagt, at det indeholder H+-ioner. Det er definitionen af en syre.
En syre består af syrebrint (H+-ion) og en syrerest (en negativ ladet ion). De mest kendte syrer er saltsyre, HCL, svovlsyre, H2SO4, og eddikesyre, CH3COOH.

Egenskaber

En syre har følgende tre egenskaber:

  • De farver indikatorpapiret rødt,
  • De har en pH-værdi under 7
  • Og de indeholder H+-ioner

Alle syrer har de egenskaber, og man kan derfor kende en syre ved at se efter dem. Hvis man ikke er sikker på, om det indeholder H+-ioner, er det muligt at lave en elektrolyse af en syre. Det gøres ved hjælp af et elektrolysekar og jævnspænding, der gør, at man kan finde ud af, hvilke ioner syren indeholder.

Styrke

Der findes både stærke og svage syrer. Forskellen er ikke, hvor koncentreret – molær – syren er, men hvor godt syren kan afgive H+-ioner. En stærk syre afgiver let H+-ioner, mens svage syrer har svært ved det og holder på dem. Et eksempel på en stærk syre er H2SO4, der let afgiver dens H+er. Derfor er den også god til at ionisere sig, når den blandes med vand, hvornår den bliver fuldt ioniseret. Svage syrer derimod er dårlige til at afgive H+-ioner og bliver derfor kun delvist ioniseret.

Oxonium-ionen

Når en syre blandes i vand, deler den sig som sagt i ioner, efter hvor godt den kan ionisere sig. Når syrer blandes med vand, dannes der en speciel ion, oxonium-ionen. Det sker ved, at H+-ionen, som syren afgiver, sætter sig sammen med et vand-molekyle og bliver til H3O+, som er den, der kaldes oxonium-ionen. Oxonium-ionen er det, der gør en opløsning sur.

Baser

En base er et stof, der kan optage H+-ioner, og det har altid en OH–ion. Det er definitionen af en base.
Næsten alle baser består af en hydroxid-ion (OH-) og en metal-ion. Metal-ionen er den, der bestemmer basens særlige egenskaber. De mest kendte baser er natriumhydroxid, NaCl, ammoniakvand, NH3, og kalkvand, Ca(OH)2.

Egenskaber

En base har følgende tre egenskaber:

  • De farver indikatorpapiret blåt,
  • De har en pH-værdi over 7
  • Og de indeholder OH–ioner

Alle baser har de egenskaber, og man kan derfor kende en base ved at se efter dem.

Styrke

Der findes også både stærke og svage baser. Forskellen er heller ikke, hvor koncentreret – molær – basen er, men her hvor mange OH–ioner, basen indeholder i en vandig opløsning. Det kommer altså også an på, hvor god den er til at ionisere sig. Jo flere OH–ioner, der er, jo stærkere er den. Et eksempel på en stærk base er NaOH, der bliver fuldt ioniseret.

Neutralisation

Det er muligt at neutralisere – dvs. gøre neutrale – både syrer og baser. Derved kan man gøre en sur eller basisk væske til neutral og samtidig skabe vand.

En neutralisation går netop ud på at gøre en væske neutral. Det, der gør en væske sur eller basisk, er H+- og OH–ionerne. Så hvis man kan fjerne disse, er det muligt at gøre væsken neutral. Dog er det så smart, at man ikke behøver at fjerne dem, men i stedet sætte dem sammen. H+ og OH- sammen bliver jo til H2O – vand, som er neutralt. Derfor skal man ved en neutralisation blande en syre og en base og herved forsøge at få lige antal af H+’er og OH-’er, for når der er lige mange af hver, er væsken neutral.

Når man neutraliserer en syre og en base får man altså vand ud af det. Dog må man nødvendigvis også få andet ud af det, da en syrer og baser jo ikke kun består af syrebrint og hydroxid. Saltsyre, for eksempel, indeholder jo også chlor. Efter at de førstnævnte stoffer bliver til vand, er der noget tilbage, og de stoffer går sammen og danner et salt. Ved en neutralisation dannes der altså både vand-molekyler og et salt, hvilket leder videre til næste og sidste emne:

Salte

Salte er, ligesom syrer og baser, noget, vi alle kender til. Det vi forbinder med salt, er køkkensalt – NaCl – som vi bruger, når vi laver mad. Herudover findes der masser andre salte, som vi ligeliges har med at gøre i vores hverdag.

Salte er ionforbindelser og består således af et metal og en syrerest (en negativ ion). Metallet og syreresten holdes fast af de elektriske kræfter, altså at metallet er positiv og syreresten negativ. Man forestiller sig, at ionerne sidder i en speciel struktur, der kaldes et iongitter. Iongitteret er nemlig en struktur, der holder ioner fast, når stoffet er i fast form. Derfor kan salte heller ikke lede strøm, medmindre iongitteret nedbrydes, eksempelvis ved at smelte saltet eller ved at lade det ligge i vand. I så fald kan iongitteret ikke længere holde ionerne fast, og det kan lede strøm.

Kilder

Tekst:

  • NY PRISMA Fysik og Kemi 9
  • Syrer, baser og salte kompendium I
  • Aurum – Kemi for gymnasiet 1
  • ’Syrer.pdf’, ’oplg om atomer og kemiske forbindelser.pdf’

Billeder:

  • ’Syrer.pdf’
  • Google images

/ Udarbejdet af Rasmus Foss

7 thoughts on “Syrer og baser

Leave a Reply