Wat zijn zuren en basen?
Zuren smaken zuur (citroen, tamarinde, azijn) en kleuren blauwe lakmoes rood. Basen smaken bitter en voelen zeepachtig aan; ze kleuren rode lakmoes blauw. Proef nooit aan stoffen uit het lab: deze eigenschappen leren we alleen van eten.
Zuren en basen in het dagelijks leven
- Zuren in de natuur: citroenzuur (citroen, sinaasappel), melkzuur (yoghurt), azijnzuur (azijn), wijnsteenzuur (tamarinde), methaanzuur (mier, bijensteek, brandnetel), oxaalzuur (tomaat).
- Sterke zuren uit het lab: zoutzuur HCl, zwavelzuur H₂SO₄, salpeterzuur HNO₃.
- Basen: natriumhydroxide NaOH, kaliumhydroxide KOH, calciumhydroxide Ca(OH)₂ (kalkwater), magnesiumhydroxide Mg(OH)₂ (melk van magnesia), ammoniumhydroxide NH₄OH.
Een base die oplost in water heet een loog (NaOH, KOH, Ca(OH)₂, NH₄OH). Alle logen zijn basen, maar niet alle basen zijn logen: koperoxide is een base die niet oplost.
Indicatoren: natuurlijk, kunstmatig en op geur
Een indicator is een stof die van kleur (of geur) verandert en zo laat zien of een oplossing zuur of basisch is.
| Indicator | In zuur | In base |
|---|---|---|
| Lakmoes (uit korstmos) | blauw → rood | rood → blauw |
| Fenolftaleïne | kleurloos | roze |
| Methyloranje | rood | geel |
| Kurkuma | blijft geel | roodbruin |
| Rodekoolsap | rood/roze | groen |
Geurindicatoren
Sommige stoffen veranderen van geur. Ui en kruidnagelolie verliezen hun geur in een base; vanille-essence verliest ook zijn geur in een base, maar houdt die in een zuur. Dat helpt leerlingen die geen kleuren kunnen zien.
Een gele kurkumavlek van de curry wordt roodbruin als je hem met zeep wast, want zeep is basisch. Spoel je hem daarna met gewoon water, dan komt het geel langzaam terug.
Chemische eigenschappen van zuren en basen
1. Zuur + metaal → zout + waterstofgas
Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑. Het gas brandt met een knal bij een brandend houtje: dat is de test voor waterstof.
2. Base + metaal (alleen bij sommige metalen)
2NaOH + Zn → Na₂ZnO₂ (natriumzinkaat) + H₂↑. Niet elk metaal doet dit.
3. Zuur + metaalcarbonaat / waterstofcarbonaat → zout + water + koolstofdioxide
Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑ en NaHCO₃ + HCl → NaCl + H₂O + CO₂↑. CO₂ maakt kalkwater troebel (er ontstaat CaCO₃); met te veel CO₂ wordt het weer helder (oplosbaar Ca(HCO₃)₂).
4. Zuur + base → zout + water (neutralisatie)
NaOH + HCl → NaCl + H₂O. De warmte die vrijkomt laat zien dat de reactie exotherm is.
5. Zuur + metaaloxide → zout + water
CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O. Het zwarte koperoxide lost op en de oplossing wordt blauwgroen. Metaaloxiden zijn dus basisch.
6. Base + niet-metaaloxide → zout + water
Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O. Niet-metaaloxiden zijn dus zuur.
Wat hebben alle zuren en alle basen gemeen?
Glucose en alcohol bevatten ook waterstof, maar het zijn geen zuren. Het verschil: een zuur geeft H⁺-ionen in water. H⁺ kan niet alleen blijven en bindt zich aan een watermolecuul tot het oxoniumion H₃O⁺: HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻.
Een base geeft OH⁻-ionen in water: NaOH → Na⁺ + OH⁻.
Bewijs met een stroomkring: een lampje gaat branden als verdund HCl of H₂SO₄ tussen twee elektroden zit, maar niet bij een oplossing van glucose of alcohol. Ionen voeren de stroom.
Waarom water nodig is: droog HCl-gas verandert droge blauwe lakmoes niet, maar vochtige lakmoes wordt rood, omdat H⁺-ionen alleen in water ontstaan.
Zuren veilig verdunnen
Een zuur of base met water mengen geeft veel warmte af. Voeg altijd zuur aan water toe, langzaam en al roerend, nooit water aan zuur: door de hitte kan het mengsel spetteren en zelfs het glas laten barsten.
Neutralisatie in ionen
H⁺ + OH⁻ → H₂O. De andere ionen (Na⁺, Cl⁻) blijven achter als het zout.
Belangrijke formules en begrippen
- Zuur in water: HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻
- Base in water: NaOH → Na⁺ + OH⁻
- Zuur + metaal → zout + H₂
- Zuur + carbonaat/waterstofcarbonaat → zout + H₂O + CO₂
- Zuur + base → zout + water (neutralisatie): H⁺ + OH⁻ → H₂O
- Metaaloxide + zuur → zout + water (metaaloxiden zijn basisch)
- Niet-metaaloxide + base → zout + water (niet-metaaloxiden zijn zuur)
Uitgewerkte voorbeelden
1. Zinkkorrels worden toegevoegd aan verdund zwavelzuur. Welk gas ontstaat en hoe toon je het aan?
Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂. Het gas is waterstof. Houd een brandend houtje bij de opening van de buis: het gas brandt met een knal.
2. Waarom bederft yoghurt of zuurkool de smaak in een messing of koperen pan?
Yoghurt en zuurkool bevatten zuren. Zuren reageren met metalen als koper en zink (in messing) tot zouten die schadelijk zijn en slecht smaken. Daarom bewaar je ze in glas, roestvrij staal of keramiek.
3. Metaalverbinding A reageert met verdund HCl tot een gas dat kalkwater troebel maakt. In de overgebleven oplossing zit calciumchloride. Welke stof is A? Schrijf de vergelijking op.
Het gas is CO₂, dus A is een carbonaat; het zout is CaCl₂, dus het metaal is calcium. A = CaCO₃. CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂.
4. Een monster koperoxide is zwart. Er wordt verdund HCl bij gedaan. Wat zie je en wat bewijst dat?
Het zwarte poeder lost op en de oplossing wordt blauwgroen (CuCl₂). CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O. Omdat een metaaloxide met een zuur reageert tot zout en water, zijn metaaloxiden basisch.
5. Waarom maakt droog HCl-gas droge blauwe lakmoes niet rood?
Het zure gedrag komt van H⁺-ionen, en HCl geeft alleen H⁺ in water. Zonder water zijn er geen H⁺-ionen, dus geen kleurverandering. Vochtige lakmoes wordt wel rood.
Veelgemaakte fouten
- Zeggen dat elke stof met waterstof een zuur is. Glucose (C₆H₁₂O₆) en alcohol bevatten waterstof, maar geven geen H⁺-ionen in water.
- Water bij geconcentreerd zuur gieten. Voeg altijd langzaam zuur aan water toe, al roerend.
- Denken dat alle basen logen zijn. Alleen basen die in water oplossen zijn logen.
- Opschrijven dat fenolftaleïne roze wordt in zuur. Het is kleurloos in zure en neutrale oplossingen en alleen roze in basen.