Dette er venstre ramme i læreverket "Naturfag for alle". Dersom du har kommet hit fra en søkemotor bør du gå til forsiden slik at du kan gå inn i læreverket på riktig måte. Klikk her for å gå til forsiden. Legg merke til kapittelnummeret hvis du vil tilbake hit.

4E Kjemiske reaksjoner i vann

Planeten Jorden er rik på vann, og har en temperatur som gjør at mesteparten av vannet er i flytende form - som hav, elver, grunnvann, innsjøer og skyer. Store menger flytende vann er også bundet i planter og dyr og som krystallvann i mineraler i jordskorpen. Is finnes som snø, innsjøis, isbreer, isfjell i havet og sjøis. Damp - vann i gassform - finnes overalt i atmosfæren - om enn i varierende grad, og kondenseres ofte til nedbør, rim eller dugg. Det er derfor ikke rart at en viktig del av vår kjemi dreier seg om reaksjoner som foregår i vann.

1 Hva er en løsning?

Vann er et godt løsningsmiddel på grunn av vannmolekylets polare natur (figur 16, kapittel 4A). Men hva er en løsning?

Vi så i forrige kapittel, figur 2, kapittel 4D, at havvann inneholder natriumioner og klorioner. Sjøvann er en homogen blanding der det faste stoffet natriumklorid (NaCl), som vi til daglig kaller salt eller koksalt, er blandet inn i vannet på en slik måte at det er blitt en del av væsken. Vi sier at natriumklorid er løst i vannet. Mange stoff er løselige i vann, både faste stoff, væsker og gasser. Men er det en kjemisk reaksjon når salt løses i vann?

FORSØK 1. NATRIUMKLORID

Figur 1. Salt i vann Nytt vindu

Fyll 50 ml vann i et rent begerglass. Ha i fire toppede teskjeer salt. Rør med glasstang. Får du løst alt saltet?

Sett til oppvarming. Rør med glasstang. Ha i en teskje salt til. Løser saltet seg lettere når vannet er varmt?

Brett filtrerpapir, legg i glasstrakt og sett trakten i erlenmeyerkolbe. Når alt saltet er oppløst helles ca. en tredjedel av væsken forsiktig gjennom filtrerpapiret i trakten. Sett erlenmeyerkolben til oppvarming og sett i kork med hull og glassrør. Tøm begerglasset og fyll det med kaldt vann og la et reagensrør, tomt og rent, stå i det kalde vannet. La glassrøret fra kolben føre ned i reagensrøret. Kok til all væsken i kolben er fordampet. Ser du salt i bunnen av kolben? Ser du salt på filtrerpapiret? Ser du vann i reagensrøret? Smak på vannet i reagensrøret.

Forklaring
Koksalt løses i vann ved at natriumionene og klorionene blander seg enkeltvis i vannet. Løseligheten øker med temperaturen. Både vannmolekyler og ioner går lett gjennom filtrerpapiret. Under kokingen er det bare vannet som fordamper. Når alt vannet er fordampet fra erlenmeyerkolben ligger saltet igjen. En del av dampen fra kokingen ble kondensert langs de kalde veggene i reagensrøret. Dette vannet er fritt for salt.

Konklusjon
Ved fordampning og kondensering kan vi skille stoffene fra hverandre igjen. Stoffene er uforandret. Det har ikke skjedd noen kjemisk reaksjon.

På samme måte som vi dampet vekk vannet for å skille ut saltet, blir salt utvunnet fra sjøvann i kystområder i varme og tørre strøk ved å la vann fordampe fra grunne bassenger som avstenges fra havet.

FORSØK 2. SØLVNITRAT, NATRIUMKLORID OG SØLVKLORID

Figur 2. Reaksjonen mellom sølvnitrat og natriumklorid Nytt vindu

Sølvnitrat er et fast stoff som vi får i form av et brunaktig pulver. Ha ca. 100 ml vann i den ene erlenmeyerkolben og løs opp litt sølvnitrat. Rør til løsningen er helt blank. Gjør det samme med natriumklorid i den andre erlenmeyerkolben. Hell halvparten av væsken i hver av de to kolbene opp i begerglasset. Hva ser du?

Legg filtrerpapir i en glasstrakt og filtrer væsken i begerglasset ned i en tom og ren glasskolbe. Blir den filtrerte væsken blank igjen?

Brett filtrerpapiret ut. Legg en liten mynt på papiret og la det ligge på et lyst sted til en annen dag. Hva ser du da?

Forklaring
Vi har alt lært at natriumklorid består av natriumioner (Na+) og klorioner (). I fast form danner de et sammenhengende krystallgitter med ionebinding. Når saltet løses i vannet fordeler ionene seg enkeltvis mellom vannmolekylene. Rundt hvert ion danner deg seg en ring av vannmolekyler som vender sin positive ende mot det negative ionet og sin negative ende mot det positive ionet.

Figur 3. Natriumklorid i fast form og i vannløsning Nytt vindu

Sølvnitrat består av sølvioner (Ag+) og nitrationer (). Dette stoffet danner også krystaller med ionebinding og løser seg i vann på samme måte som natriumklorid.

Når vi blander disse to løsningene i begerglasset får vi en løsning der ioner fra begge løsningene er med, altså: Na+, Cl-, Ag+ og NO3-. Da viser det seg at sølvionene og klorionene danner en forbindelse som ikke er løselig i vann. De slår seg sammen til sølvklorid (AgCl), et hvitt, fast stoff som danner klumper i vannet. Derfor den melkehvite fargen. Dette er en kjemisk reaksjon.

Ved filtrering siles de faste sølvkloridklumpene fra og blir liggende igjen på papiret. Det som går gjennom papiret er en løsning med ioner som ikke har reagert, det vil si Na+ og NO3-, og i tillegg tiloversblevne Cl-- eller Ag+-ioner.

Når vi lar filterpapiret, med sitt belegg av fast sølvklorid, bli utsatt for lys over noe tid, ser vi at det blir svertet. Mynten har vi på for å se at det ikke er tiden, men lyset som er årsaken. Lyset spalter sølvklorid i metallisk sølv og klorgass (Cl2). Det er sølvet som farger sølvkloridet først lilla, så fiolett og til sist svart. Dette er en kjemisk reaksjon. Den er endoterm, drevet av energien i lyset.

Den evnen sølvklorid (AgCl), sølvbromid (AgBr) og sølviodid (AgI) har til å svertes av lys la grunnlaget for oppfinnelsen av fotografiet.

2 Elektrolyse

I forsøk 3, Spalting av vann, i kapittel 4D, så vi at vann med litt svovelsyre leder strøm. Nå skal vi undersøke litt nøyere hvilke vannløsninger som leder strøm.

FORSØK 3. HVILKE VANNLØSNINGER LEDER STRØM?

Figur 4. Elektrisk ledningsevne for rent vann, sukkerløsning og saltløsning

De to elektodene kobles til strømkilden slik at lyspæren er del av strømkretsen og plasseres i skålen. Hold elektroden inntil hverandre for å sjekke at lyspæren virker. Ha destillert vann i skålen og hold elektrodene i vannet uten at de kommer borti hverandre. Lyser pæren?

Gjenta forsøket med sukkerløsning og saltløsning. Når lyser pæren? Hvordan er det med ledningsevnen til sukker og salt i fast form. Undersøk med elektrodene.

Forklaring
Rent vann leder ikke strøm. Heller ikke sukkerløsningen. Men saltløsningen ledet strømmen svært godt. Det er ioner som gjør at væsker kan lede strøm.

I helt rent vann er det ikke ioner. Når sukker løses i vannet, frigjøres sukkermolekylene og fordeler seg i vannet. Men disse molekylene er elektrisk nøytrale. Derfor ingen strøm. Salt derimot, består av negativt og positivt ladde ioner (Cl- og Na+). Når saltet løser seg i vann fordeler ionene seg i vannet på samme måte som sukkermolekylene. Men fordi ionene har elektrisk ladning vil de vandre i hver sin retning til den elektroden som har motsatt ladning til dem selv (motsatte ladninger tiltrekker hverandre). På denne måten formidler ionene elektronstrømmen fra elektrode til elektrode. Ved den negative elektroden tar de positive Na+-ionene til seg elektroner, ved den positive elektroden leverer de negative Cl--ionene fra seg elektroner. Mekanismen er illustrert i figur 5.

Figur 5. Strømledning i natriumkloridløsning

Når ionene er i fast form, slik som i et saltkrystall, kan de ikke "vandre", og kan derfor heller ikke lede strøm.

Alle væsker som inneholder ioner, vil lede strøm. Når vi leder strøm gjennom en slik væske kalles det elektrolyse. Elektrolyse har mange anvendelser. En av dem er å legge et tynt lag av et korrosjonsbestandig metall (for eksempel sink, krom, nikkel) på et mindre bestandig metall (for eksempel jern).

FORSØK 4. ELEKTROLYSE AV KOBBERKLORID

Utstyr
To kullelektroder, skål, likestrømskilde, tre ledninger med krokodilleklemmer, lyspære i holder, kobberklorid (brungult til blågrønt krystallinsk stoff), en spiker eller annen metallgjenstand.

Figur 6. Elektrolyse av kobberklorid

De to elektrodene kobles til strømkilden slik at lyspæren er del av strømkretsen. Vi tester lyspæren ved å la elektrodene berøre hverandre et øyeblikk. Sjekk med elektrodene om fast kobberklorid leder strøm. Ha vann i skålen og løs opp kobberklorid. Løsningen blir blå. Sett elektrodene i skålen. Leder løsningen strøm? Hvilken lukt kjenner du ved den positive elektroden? Kan du se hva som skjer med en negative elektroden?

Skift ut den negative elektroden med spikeren og fortsett elektrolysen. Hva skjer med spikeren?

Forklaring
Kobberklorid (CuCl2) er et krystallinsk stoff. Det vil si at det består av ioner bundet sammen av ionebinding. Når stoffet løses i vann fordeler ionene seg enkeltvis mellom vannmolekylene, på samme måte som natriumklorid. Kobberatomene danner Cu2- mens kloratomene danner Cl-.

Cl--ionene trekkes til den positive elektroden der de blir fratatt sitt elektron og blir til Cl-atomer. To og to slår seg sammen til Cl2-molekyler og stiger opp som små gassbobler. Det lukter klor av gassen. Cu2+-ionene trekkes til den negative elektroden der de mottar to elektroner og blir til Cu-atomer. Disse atomene slår seg sammen til kobber i fast form og legger seg på elektroden. Vi ønsker ikke kobberbelegg på kullelektroden, derfor skifter vi den ut med noe annet som leder strøm og som vi vil ha kobberbelegg på, for eksempel en spiker.

Dersom elektrolysen i forsøk 4 varer lenge, og vi ikke tilsetter mer kobberklorid, vil ionene snart være brukt opp. Men ikke hvis vi lar den positive elektroden være kobber. Da vil Cu-atomer i elektroden reagere med Cl-atomene som dannes der og bli til kobberklorid, som straks løses i vannet slik: . Det vil ikke altså ikke stige klorgass opp fra den positive elektroden. Kobberelektroden vil forsyne løsningen med stadig nye kobberioner til erstatning for de som legges på den negative elektroden. Den positive kobberelektroden vil tæres opp og må til slutt erstattes med en ny. På den måten kan prosessen foregå kontinuerlig. Samme prinsipp brukes for andre metaller: sølv og gull, sink, krom og nikkel.

Figur 7. Ionevandring i kobberkloridløsning med positiv elektrode av kobber

3 Syrer

Det finnes svært mange syrer. Syrene kan være faste stoff, væsker eller gasser. Når vi løser en syre i vann, får vi en sur løsning. Slike løsningene kalles for sure løsninger, eller bare syrer.

Syrene er kjemiske forbindelser som inneholder hydrogen. Dette hydrogenet er bundet til resten av molekylet på en slik måte at det kan gi fra seg protonet (hydrogenets kjerne), men samtidig beholde elektronet. Når vi løser en syre i vann, vil syren gi fra seg protoner til vannmolekylet. Da dannes H3O+-ioner, kalt "oksoniumioner". Alle sure løsninger inneholder H3O+-ioner.

Figur 8. Alle sure løsninger inneholder oksoniumioner

Sterke syrer

Dersom alle syremolekylene blir til ioner når de løses i vann, har vi en sterk syre. Sterke syrer er etsende og må behandles med forsiktighet. Hud og øyne må vernes. Får vi sterk syre på klær, blir det hull. Syresøl må straks skylles med rikelige mengder vann.

Saltsyre
Gassen hydrogenklorid (HCl) er en syre. Når den løses i vann får vi saltsyre.

Denne reaskjonen skjer med alle hydrogenkloridmolekylene. Derfor er saltsyre en sterk syre.

Saltsyre har en viktig funksjon i kroppen. Den finnes i magesekken der den dreper bakterier og bidrar i fordøyelsesprosessen.

FORSØK 5: ELEKTROLYSE AV SALTSYRE

Utstyr
To kullelektroder, u-rør, gummislange, glassrør med bøy, reagensrør, lav skål, likestrømskilde, tre ledninger med krokodilleklemmer, lyspære i holder, 20% saltsyre, lakmuspapir, stativ med klemmer, fyrstikker.

Figur 9. Elektrolyse av saltsyre

De to elektrodene kobles til strømkilden slik at lyspæren er del av strømkretsen. Vi tester lyspæren ved å la elektrodene berøre hverandre et øyeblikk. Ha 10% saltsyre i urøret og sett elektrodene oppi. Leder løsningen strøm? Hva skjer ved elektrodene? Kjenner du noen lukt utenfor noen av u-rørets gassåpninger? Ved hvilken elektrode kjenner du lukt? Fukt lakmuspapiret og hold det en stund utenfor denne åpningen. Hva skjer med papiret?

Samle gassen ved den negative elektroden i et reagensrør og tenn på den slik som i knallgasseksperimentet i kapittel 4d. Er reaksjonen den samme?

Dette skjer
Det fuktige lakmuspapiret blekes når vi holder det utenfor åpningen fra den positive elektroden. Dette er en test på gassen klor. Klor har slik effekt på nesten alle fargestoffer. Derfor brukes klor som blekemiddel, både i industrien og i hjemmene.

Oppsamlet gass fra den negative elektroden antennes med et lite smell når vi tenner på den. Gassen er hydrogen.

Forklaring
Når strømmen blir satt på vil ionene i saltsyreløsningen søke til elektroden med motsatt elektrisk ladning.

Cl--ioner går til den positiv elektroden, leverer fra seg sitt ekstra elektron, blir til atom, slår seg sammen to og to til klorgass (Cl2) og bobler ut av løsningen.

H3O+-ionene går til den negative elektroden, mottar et elektron og blir til et vannmolekyl (H2O) og et hydrogenatom (H). Vannmolekylet går tilbake til løsningen mens to og to hydrogenatomer slår seg sammen til hydrogengass (H2) som bobler ut av løsningen.

Svovelsyre
Konsentrert svovelsyre er en tung, litt tyktflytende og sterkt etsende væske. Den har stor anvendelse i industrien. Det er den kjemiske forbindelsen det produseres mest av i verden (når vi ser bort fra vann). Syren har fått navnet sitt på grunn av at den er bygd opp omkring svovelatomet. Den kjemiske formelen er H2SO4.

DEMONSTRASJON: KONSENTRERT SVOVELSYRE

  1. Dypp en ca. 10 cm lang treflis av tørr gran eller furu i et lite begerglass med konsentrert svovelsyre. Etter kort tid blir treflisen svart.
  2. Dypp en liten og tørr bomullsfille i konsentrert svovelsyre. Fillen blir svart og faller fra hverandre.
  3. Legg en papirbit på en flat skål og drypp litt konsentrert svovelsyre på papiret. Papiret blir redusert til et svart pulver.
  4. Legg en sukkerbit i et lite begerglass med litt konsentrert svovelsyre. Sukkerbiten eser opp og blir til en svart klump.

Figur 10. Reaksjonen mellom sukker og svovelsyre

Forklaring
Konsentrert svovelsyre har så sterk energimessig gevinst av å binde seg til vann at syren reagerer med stoff som danner vann ved nedbryting. Dette gjelder blant annet stoff som cellullose (tre, papir, bomull), stivelse (poteter og korn) og sukker, de såkalte karbohydratene (kapittel 4I). Karbohydratene brytes ned til rent karbon (svart) og vann. Vannet blir tatt opp av svovelsyren og karbon blir igjen.

Som vi ser i demonstrasjonen ovenfor skjer det dramatiske ting med organiske stoffer som kommer i kontakt med konsentrert svovelsyre. I neste forsøk er det derfor spesielt viktig å bruke vernebriller og ellers unngå søl. Konsentrert syre må absolutt ikke komme i kontakt med hud eller øyne! Det fører til store skader.

FORSØK 6: SVOVELSYRE OG VANN

Utstyr
Vernebriller, begerglass (0,5 l), rørestav, termometer, liten flaske med konsentrert svovelsyre.

Figur 11. Blanding av svovelsyre og vann

Husk vernebriller! Ha vel halvfullt med kaldt vann i begerglasset. Mål temperaturen. Hell sakte (!) svovelsyre, litt om gangen, opp i vannet i begerglasset. Rør med rørestaven. Mål temperaturen. Stopp når temperaturen kommer over 60 oC.

Dette skjer
Temperaturen har steget markant, også slik at vi kan kjenne det med hånden utenpå begerglasset. Dette må bety at vann og svovelsyre reagerer med hverandre og at reaksjonen er eksoterm.

Forklaring
Når svovelsyren kommer i kontakt med vann skjer denne reaksjonen:

Reaksjonen avgir energi fordi den kjemiske energien i forbindelsen H2SO4 er større enn den kjemiske energien i ionene H3O+ og SO42-. Energiforskjellen overføres til væskens indre energi, dvs. temperatur.

Når konsentrert svovelsyre reagerer med vann frigjøres ca. 880 kJ/mol. På grunn av dette forholdet, og fordi svovelsyre er nesten dobbelt så tungt som vann (1,83 g/cm3), må vi aldri helle vann i svovelsyre. Straks vannet kommer i kontakt med syren, vil det bli oppvarmet. Siden vannet er lettere enn syren vil det ikke trenge ned i væsken der det kan bli avkjølt. Det vil begynne å koke og gå over til damp. Dampen vil utvide seg med den følge at konsentrert syre spruter omkring og kan skade folk og omgivelser.

Når det gjelder fortynning av konsentrert svovelsyre gjelder derfor SIV-reglen: Syre i vann. Noen vil kanskje huske det bedre dersom vi sier "Syre i vann, det går an". SIV-regelen skal anvendes ved fortynning av alle syrer.

Salpetersyre
Salpetersyre er en vannløsning av stoffet HNO3. Syren har viktige anvendelser i industrien. Salpetersyre påvirkes av lys og må derfor oppbevares på fargede flasker. Det er en sterk syre med kraftig etsende virkning. Konsentrert syre må absolutt ikke komme i kontakt med hud eller øyne!

En blanding av konsentrert saltsyre og konsentrert salpetersyre i forholdet tre til en kalles "kongevann" (latin: aqua regia). Det er et av de få stoffene som kan løse opp de edleste metallene gull og platina.

Svake syrer

Karbonsyre
Karbonsyre har formelen H2CO3.

Organiske syrer
Alle organiske syrer er svake syrer. Ordet organisk, nevnt i forbindelse med kjemiske stoffer, betyr at stoffet tilhører karbonforbindelsene. Disse omtales i kapittel 4I Livets kjemi. Her nevner vi bare to organiske syrer, eddiksyre og maursyre.

Eddiksyre har formelen CH3COOH. Den brukes mye i matlaging. I handelen selges den vanligst som 7% husholdningseddik. I konsentrert, vannfri form kalles den "iseddik" fordi den fryser til en is-lignende masse ved 16,6 oC.

Maursyre har formelen HCOOH. Den brukes blant annet i landbruket til å konservere gras til silofôr. Til tross for at den er en svak syre, er den sterkt etsende og må behandles med forsiktighet. Særlig er den farlig for hud og øyne. I naturen forekommer maursyre blant annet i maur, derav navnet.

Vi ser at både eddiksyre og maursyre inneholder molekylgruppen -COOH. Selv om disse syremolekylene har andre hydrogenatomer, er det kun hydrogenatomene i COOH-gruppen som kan reagere med vannmolekyler og danne oksoniumion (H3O+). Derfor skrives formelen til disse syrene slik at COOH-gruppen ikke slås sammen med resten av molekylets atomer. Eddiksyre (CH3COOH), for eksempel, kunne vært skrevet C2H4O2. Men da ville vi ikke fått fram at det bare er ett av hydrogenatomene som kan avgi protonet sitt og danne sur løsning.

4 Baser

Mens en syre er et stoff som kan gi fra seg et proton, er en base et stoff som kan ta opp i seg et proton. Basene er derfor motstykket til syrene. En base løst i vann danner en basisk løsning. Her vil basen ta protoner fra vannmolekylene som dermed danner ionet OH-. Dette ionet kalles et hydroksidion. Alle basiske løsninger inneholder hydroksidioner.

Metallet natrium (grunnstoff nummer 11 ) danner en basisk løsning når det reagerer med vann.

DEMONSTRASJON: REAKSJONEN MELLOM NATRIUM OG VANN

Bruk beskyttelsesbriller! Natrium må ikke komme i kontakt med hud.

Natrium blir oppbevart på flaske med petroleum. Ta ut et stykke med pinsett. Skjær vekk den grå skorpen og ha tilbake på flasken. Skjær det rene natriummetallet opp i små biter. Rull bitene på filtrerpapiret for å tørke vekk overskudd av petroleum.

Figur 12. Reaksjonen mellom natrium og vann

Fyll et reagensrør helt med vann. Det må være helt fullt! Sett det opp ned slik at åpningen er under vannflaten i skålen. Ta en liten natriumbit i et fast grep i pinsetten og før den under reagensrøråpningen. Gassen som utvikles samles opp i røret. Tenn på gassen når alt vann i røret er fortrengt av gassen. Dypp et rødt lakmuspapir i oppløsningen.

Slipp en liten bit oppi en lav glasskål med kaldt vann. Ha en glassplate over skålen som beskyttelse. Til slutt kommer ofte et lite smell som kan føre til sprut.

Fyll et rent begerglass halvfullt med kaldt, rent vann og ha i noen dråper fenolftalein. Putt oppi en liten bit natrium. Vi ser at løsningen blir rød omkring reaksjonsstedet mellom natrium og vann.

Forklaring
Slipper vi en liten bit natrium på vann, får vi en kraftig reaksjon. Reaksjonen er eksoterm og det blir sterk varmeutvikling. Natrium har lavere massetetthet enn vann (0,97 g/cm3) og holder seg på overflaten. Hydrogengassen som utvikles får natriumbiten til å danse hit og dit på vannflaten. Røyken består av hydrogen og vanndamp. Varmeutviklingen blir etterhvert så sterk at natriumbiten smelter. Hvis det smeller, er det fordi hydrogengassen blir antent. Dersom vi på forhånd har hatt fenolftalein i vannet blir det rødfarge der natrium og vann har reagert. Det er fordi det dannes OH--ioner i reaksjonen. Disse gjør løsningen basisk. Fenolftalein blir rød i basisk løsning.

Årsaken til den sterke reaksjonen er natriumatomets tendens til å kvitte seg med sitt ene ytterelektron (orbital s3, klikk natrium og se elektronkonfigurasjonen i periodetabellen). Når natriumatomet kommer i kontakt med et vannmolekyl, vil dette elektronet hoppe over på vannmolekylet. Samtidig vil et av vannmolekylets hydrogenatomer frigjøres. Hydrogenatomer fra to og to slike hendelser slår seg sammen til hydrogengass. Se figur 13.

Figur 13. Formelen for reaksjonen mellom natrium og vann

Natriumhydroksid
Natriumhydroksid er et fast, hvitt stoff. Det er meget etsende og må behandles med forsiktighet. I handelen går det under navnet kaustisk soda og fås i form av perler (granulat) eller grove krystaller.

Når natriumhydroksid løses i vann dannes det frie OH--ioner: . Løsningen er altså basisk. Natriumhydroksid løst i vann kalles natronlut. Natronlut er en sterk base. Konsentert natronlut er etsende og svært skadelig for både hud og øyne. Den er den mest brukte basen i kjemiske laboratorier. I industrien brukes natriumhydroksid blant annet til framstilling av såpe.

I reaksjonen mellom natrium og vann så vi at det ble dannet natrium- og hydroksidioner. En oppløsning med de samme ionene dannes også ved elektrolyse av natriumklorid, se figur 5. Strømledning i natriumkloridløsning.

Ammoniakk
Ammoniakk er en giftig gass med en stikkende lukt. Kjemisk formel er NH3. Ammoniakkgass løses svært lett i vann. Løsningen er en svak base. Det betyr at en del av NH3-molekylene (1-2 %) reagerer med vann slik: . I handelen går løsningen under navnet salmiakkspiritus. Den brukes til vanlig rengjøring og til avfetting av vegger som skal males.

Industrielt er ammoniakk en svært viktig forbindelse med mange anvendelser. 80% av verdensproduksjonen brukes til kunstgjødselproduksjon.

DEMONSTRASJON: VANN KAN LØSE STORE MENGDER AMMONIAKK

Bruk beskyttelsesbriller!

  1. Hell litt konsentert ammoniakkløsning i et tynt reagensrør. Hold et reagensrør med større diameter opp ned over munningen.
  2. Varm det tynne røret forsiktig over en gassflamme.
  3. Sett det tykke røret raskt på hodet i en skål med vann.
  4. Test vannet i skålen med indikatorpapir.

Figur 14. Vann kan løse store mengder ammoniakk

Det samme forsøket, men med noe mer avansert laboratorieutstyr er vist i denne videoen (åpner i nytt vindu, 3 MB, kan ta tid å laste). I dette forsøket er indikatoren fenolftalein tilsatt vannet.

Kaliumhydroksid
Kaliumhydroksid, KOH, er et fast stoff som løst i vann danner den sterke basen kalilut. Kalilut har lignende egenskaper som natronlut. Natronlut dannes når natrium reagerer med vann. På samme måte dannes kalilut:

Vi ser at denne reaksjonen til forveksling ligner den med natrium. Natrium og kalium er metaller som begge tilhører gruppe 1 i den periodiske tabellen.

Kalsiumhydroksid
Kalsiumhydroksid, Ca(OH)2, er et hvitt, fast stoff med lav løselighet i vann.

En vanlig måte å framstille kalsiumhydroksid på er å varme opp kalkstein (CaCO3). Det dannes da et produkt som kalles brent kalk (CaO). Ved å tilsette vann dannes lesket kalk, som er en blanding av oppløst og ikke oppløst kalsiumhydroksid. Lesket kalk er en svak base, som på grunn av lav pris har anvendelse innenfor mange områder.

En annen måte å framstille kalsiumhydroksid på er å la metallet kalsium, Ca, som har atomnummer 20 og tilhører gruppe 2 i den periodiske tabellen, reagere med vann:

Figur 15. Reaksjonen mellom kalsium og vann

Denne reaksjonen går raskt, men er langt mindre voldsom enn tilsvarende reaksjon med natrium eller kalium.

5 pH

Syrer danner sure løsninger ved å gi fra seg protoner til vannmolekylene, slik at det dannes oksoniumioner, H3O+. Baser danner basiske løsninger ved å ta protoner fra vannmolekylet, slik at det dannes hydroksidioner, OH-. Syrer og baser har derfor motsatte virkning.

En løsning kan dermed være enten sur eller basisk, ikke begge deler. Konsentrasjonen av H3O+ bestemmer hvor sur løsningen er, konsentrasjonen av OH- bestemmer hvor basisk den er.

Dersom det er like mange ioner av hver sort, blir løsningen nøytral fordi H3O+-ioner og OH--ioner reagerer med hverandre og blir til nøytrale vannmolekyler: .

Men, ikke absolutt alle ionene blir til vann i en nøytral løsning. I en nøytral løsning danner det seg en likevekt mellom ionene og det nøytrale vannet slik at det blir igjen 10-7 mol per liter av H3O+ og 10-7 mol per liter av OH-. 10-7 er et lite tall: 10-7 = 1/107 = 1/10.000.000, dvs. en ti milliondel.

pH viser konsentrasjonen av H3O+
Denne ionelikevekten i vann er utgangspunktet for pH-skalaen. pH kommer av engelsk, "potential of Hydrogen". For en nøytral løsning er pH = 7 fordi da er konsentrasjonen av H3O+ lik 10-7 mol per liter (like stor som konsentrasjonen av OH-).

pH-tallet endrer seg ettersom H3O+- konsentrasjonen går opp eller ned. I en sur løsning er konsentrasjonen av H3O+ større enn 10-7 mol per liter, for eksempel 10-3 mol per liter (10-3 = 1/103 = 1 /1000, dvs. en tusendel). Da er pH = 3. Er løsningen basisk, er det konsentrasjonen av OH- som er størst, for eksempel 10-4 mol per liter. Da presses konsentrasjonen av H3O+ tilbake. I dette tilfellet vil den bli 10-10 mol per liter. Løsningen har dermed pH = 10.

De fleste løsninger har en pH mellom 0 og 14. Ekstremt sure eller basiske stoff kan ha pH-verdier utenfor dette området.

Figur 16. Vanlige pH-verdier

6 Indikator

En rekke fargestoff har ulik farge i sure og basisk løsninger. Mange er naturlige, vanlige stoff som vi omgir oss med i hverdagen. Eksempler er rødbeter, rødkål, blåbær, druer, te, løk, rabarbra med flere.

Andre er naturlige eller syntetiske stoffer som har vist seg å være særlig egnet for å bestemme pH-verdien. Slike stoff kalles syre-base-indikatorer, eller bare indikatorer.

Figur 17. De vanligste indikatorene

De tre vanligste indikatorene, lakmus, BTB og fenolftalein, kan fortelle oss om løsningen er over eller under en viss pH-verdi, nemlig det punktet der de skifter farge.

Universalindikator
Ved å sette sammen en rekke forskjellig fargestoffer får man en indikator som, ved fargeforandring over hele, eller deler av pH-skalaen, kan fortelle oss omtrent hvor sur eller basisk en løsning er.

Figur 18. Universalindikator

Elektroniske pH-metre brukes mye til undersøkelser av naturmiljøet, der det er viktig å kunne fastslå surhetsgraden med stor nøyaktighet.

FORSØK 7. RØDKÅL - EN NATURLIG UNIVERSALINDIKATOR

Rødkål inneholder en blanding av fargestoffer som til sammen gir opphav til en varierende fargeskala over hele pH-området.

Skjær fersk rødkål i små biter, tilsett nok vann til at kålen dekkes og kok i 10-15 minutter. Sil kålen fra og ha saften i lukket plastflaske. Lagres kjølig. I frysen kan den holde seg i lang tid.

Indikatorpapir
Mesteparten av vannet må kokes vekk for at fargen skal bli sterk nok. La filtrerpapir bli gjennombløtt av saften og siden tørke. Klipp opp i passende remser. Oppbevar tørt og mørkt.

Figur 19. Universalindikator av rødkål

Kilde: Skolkjemi, Umå Universitet

7 Nøytralisering

Siden syrer og baser har motsatt virkning, kan vi bruke en base til å gjøre en syre nøytral, eller en syre til å gjøre en base nøytral. Dette utføres vanligvis med den løsningen som skal nøytraliseres i en erlenmeyerkolbe, og den løsningen som skal nøytralisere i en byrette. Løsningen som skal nøytraliseres, altså den i kolben, tilsettes en indikator som mest mulig nøyaktig viser når løsningen er nøytral.

FORSØK 8. NØYTRALISERING AV EN SYRE MED BTB SOM INDIKATOR

Utstyr
Stativ med klemme, målesylinder, trakt, 50 ml byrette, erlenmeyerkolbe, 10 % saltsyre (HCl), 10 % natriumhydroksid (NaOH), bromtymolblått (BTB).

Figur 20. Nøytralisering av en syre med BTB som indikator

Forsøket
Ha ca. 40 ml saltsyre i erlenmeyerkolben og fyll byretten med natriumhydroksid-løsningen opp til 0-merket. Tilsett litt BTB til syren i erlenmeyerkolben. Blandingen blir gul. La NaOH fra byretten renne langsomt ned i kolben. Reguler med kranen. Beveg kolben slik at løsningene blander seg skikkelig med hverandre. Når fargeomslaget nærmer seg, må det bare tilsettes dråper om gangen mellom hver gang løsningene blandes. Ved nøytralitet blir løsningen grønn. Tilsettes det for mye, blir løsningen blå.

Forklaring
HCl-løsningen inneholder hydroniumioner og klorioner. NaOH-løsningen inneholder natriumioner og hydroksidioner. Hydroniumioner og hydroksidioner reagerer med hverandre og blir til vann. Når løsningen er nøytralisert, har vi tilsatt like mange hydroksidioner (OH-) fra basen, som det var hydroniomioner (H3O+) i syren, og alle disse (unntatt 10-7 av hver sort, se ovenfor under pH) har reagert til vann. Løsningen i kolben er derfor ikke lenger noen syre, men består av vann, klorioner og natriumioner, altså natriumklorid og vann - rett og slett saltvann.

Syre:
Base:
Blanding:

8 Salt

I kjemien har ordet salt en videre mening enn i dagligtalen. Det omfatter ikke bare natriumklorid, som dannes i reaksjonen mellom saltsyre og natriumhydroksid (se forklaring til forsøk 8), men alle stoff som dannes når det syredannende protonet i en syre erstattes av det positive ionet i en base.

Det positive ionet i en base vil ofte være et metall (ikke alltid). Salt kan derfor også dannes ved at en syre reagerer direkte med et metall. Da vil det alltid dannes hydrogengass. Vi så dette da sinkbiter ble lagt i saltsyre for å lage hydrogen i forsøk 1 og forsøk 2 i kapittel 4D. Dengang var vi bare opptatt av hydrogengassen, men det ble også dannet et salt av det som ble igjen av saltsyren (klorioner) og metallet sink. Dette saltet heter sinkklorid, har kjemisk formel ZnCl2, og er løselig i vann. Dersom vi dampet vekk vannet, ville det blitt liggende igjen som hvite krystaller.

Alle salt består av ioner. I fast form har de ionebinding og danner krystaller. Løsning i vann av vannløselig salt inneholder ioner og leder derfor elektrisk strøm (se forsøk 4 Elektrolyse av kobberklorid). Kobberklorid er et salt.

Salter får navn etter det positive baseionet (ofte metallet) og den syren de er avledet av. Saltsyrens salter kalles klorider, svovelsyrens sulfater, salpetersyrens nitrater, karbonsyrens karbonater osv. Et salt dannet ved at jern (Fe) har erstattet hydrogenet i svovelsyre (H2SO4) kalles jernsulfat (Fe2SO4).

9 Sammendrag

10 Kontrollspørsmål

Svartabell. Klikk på riktige svar. Grønt betyr riktig, rødt betyr feil.

Når du er ferdig, skal 11 ruter være grønne. Greier du å unngå å klikke på de røde?

  1. Hva er en løsning?
  2. Vann er et godt løsningsmiddel fordi ...
  3. Hvilket av disse stoffene er et salt?
  4. Hvilke av disse stoffene er lite løselig i vann?
  5. Hvilke av disse løsningene leder strøm?
  6. Hvilke av disse syrene er sterk(e)?
  7. I en løsning der pH = 7 er det ...
  8. Hvilken indikator er en universalindikator?
  9. Hvilken av disse kjemiske forbindelsene heter natriumnitrat?