5.4 pH-beregninger med programmering

5.4

pH-beregninger med programmering

system +] eller [OH– –

Vurderingseksemplar

KODE

1 from pHcalc.pHcalc import Neutral, System 2 3 Cl = Neutral(charge=-1, conc=1) 4 sol = System(Cl) 5 sol.pHsolve() 6 7 print("pH i 1 M HCl er:", (sol.pH,2))

KODE

1 Mg = Neutral(charge=2, conc=1)

KODE Ka- eller Ka 1 from pHcalc.pHcalc import 2 3 4 6.76E-4, charge= , conc= ) 5 6 system1.pHsolve() 7 print(system1.pH) Vurderingseksemplar +

KODE

1 2 6.76E-4, charge= , conc= ) 3 1, conc= ) 4 5 system2.pHsolve() 6 print(system2.pH)

CO PO 1 2 2.51E-4,4.79E-11],charge= ,conc= ) 3 4 system3.pHsolve() 5 print(system3.pH) 6 7 8 2.148,7.198,12.319],charge= ,conc= ) 9 9.25,charge=1,conc= *3) system4=System(phos,NH4) 11 system4.pHsolve() 12 print(system4.pH) KODE Vurderingseksemplar

SAMMENDRAG

pH i svake syrer

Når vi skal beregne pH-verdien i svake syrer, finner vi [H3O+] ved hjelp av likevektsuttrykket for syrekonstanten og tabellverdien for Ka.

Deretter finner vi pH ved å sette [H3O+] inn i uttrykket pH –lg [H3O+]. Sure oksider

Gassene karbondioksid, svoveldioksid, svoveltrioksid og nitrogenoksider er gasser som reagerer med vann og danner sure løsninger. De blir kalt sure oksider.

Svovel- og nitrogenoksider fra industri og forbrenningsmotorer har mange steder ført til miljøskadelig sur nedbør. I de siste årene har katalysatorer og renseteknologi redusert utslippene av disse gassene.

pH i svake baser

Når vi skal beregne pH-verdien i løsninger laget av svake baser, finner vi først [OH–] ved hjelp av likevektsuttrykket for basekonstanten Kb og tabellverdien for Kb. Deretter finner vi pOH og beregner pH ved å bruke formelen pH + pOH 14,0, der pOH –lg [OH–]. Syre-basepar

For et syre-basepar gjelder alltid uttrykket

Ka Kb 1,0 10–14 .

I et syre-basepar vil en sterk syre ha en korresponderende svak base, og en sterk base vil ha en korrespon derende svak syre. Buffer En buffer er en vannløsning der pH forandrer seg lite når man tilsetter små mengder syre eller base. En buffer er en blanding av omtrent like stoffmengder av en svak syre og et lettløselig salt av den korresponderende basen til syra, eller en svak base og et lettløselig salt av den korresponderende syra til basen. Bufferlikningen pH i en buffer kan vi beregne ved å bruke Vurderingseksemplar bufferlikningen pH pKa + lg [base] [syre] der [syre] og [base] er startkonsentrasjonene av syre-baseparet i bufferen. I tabeller er verdien av pKa ofte oppgitt sammen med syrekonstanten. Når konsentrasjonen av den sure og den basiske komponenten i en buffer er den samme, er pH –lg Ka.

Surhetsgrad i saltløsninger

En saltløsning er nøytral dersom ingen av ionene protolyserer i vann.

Løselige salter med ioner som er korresponderende baser til sterke syrer, gir nøytrale løsninger i vann.

Løselige salter av hydroksider eller oksider gir basiske løsninger. Løselige salter med ioner som er korresponderende baser til svake syrer, gir basiske løsninger i vann.

Å lage en buffer

Vi velger å bruke et syre-basepar der ønsket pH er lik pKa for den sure komponenten, for da virker bufferen best.

Det finnes to måter å lage en buffer på:

Metode 1: Vi kan blande en svak syre med et løselig salt av den korresponderende basen. Metode 2: Vi kan tilsette en sterk base til en svak syre til halvparten av stoffmengden av syra er overført til den korresponderende basen.

Bufferområde Bufferområdet for en buffer er det pH-intervallet der pH pKa ± 1. Bufferkapasitet Bufferkapasiteten er den stoffmengden sterk syre eller sterk base vi kan tilsette 1,0 L av en bufferløsning uten at pH-verdien havner utenfor bufferområdet. Hvis vi fortynner en buffer med vann, holder pH seg konstant, men bufferkapasiteten blir lavere. Buffer i naturen og i industrienVurderingseksemplarBuffere finnes i jord og vann og i levende organismer. Karbonsyrelikevektene danner et viktig buffersystem i blod. Tris- og fosfatbuffere (PBS) har bufferområder i de pH-områdene som er vanlige i biologiske systemer, og er vanlige buffere i laboratorier.

KJEMISK DYPDYKK

Lutefisk

Mange har hevdet at lutefisk ikke er mat. Meningene om denne norske og svenske tradisjonsrike retten er delte. Lutefisk er i alle fall en gammel rett. Noen mener at den oppstod en gang i vikingtiden, mens andre hevder at den kom på 1500-tallet. Det finnes beskrivelser av den fra den svenske biskopen Olaus Magnus (1490–1557).

Hvordan kom noen på å lage denne retten? Mange tror at lutefisken ble til ved et uhell. Hovedingrediensen er tørrfisk. Det er usaltet fisk som er tørket sakte utendørs, helst ved lave temperaturer.

Tilberedningen starter med at fisken vannes ut en ukes tid. Vannet byttes flere ganger. Men nå skjer det som er spesielt – fisken legges i lut. Lut er en basisk løsning av NaOH i vann. Nå begynner proteinene i fiskekjøttet å løse seg opp i den etsende luten. Etter et par dager er proteininnholdet halvert.

Nå er fisken farlig å spise, for lut løser opp cellevev i spiserør og magesekk. Før vi kan spise den må fisken vannes ut i fire til seks dager. Da har fisken fått den geléaktige konsistensen som kjennetegner lutefisk. pH i ferdig lutefisk er mellom 11 og 12, og det er antakelig den mest basiske (alkaliske) maten i verden. I lutefisken er det også blitt dannet en del nye kjemiske forbindelser, for eksempel lysionolalanin. Det er et stoff som blir brukt til å drepe rotter. Men vi tåler tilsynelatende dette godt!

Lutefisken er utvilsomt både avholdt og avskydd, og sannsynligvis verdens mest beryktede norske rett.

Vurderingseksemplar

Sure og basiske Du har sikkert hørt at mange næringsmidler inneholder tilsetningsstoffer, også kalt E-stoffer. Hvert enkelt tilsetningsstoff har fått en europeisk identifikasjonskode, et E-nummer. E-nummeret brukes som et alternativ til å skrive det kjemiske navnet på stoffet. Det er flere årsaker til at vi bruker tilsetningsstoffer. Noen av tilsetningsstoffene er konserveringsmidler og surhetsregulerende stoffer. Konserveringsmidler gir matvarene bedre holdbarhet, og blant disse finner vi flere syrer. Mange av dem finnes også naturlig i mange matvarer, for eksempel benzosyre (med betegnelsen E210), som finnes i tyttebær, og sitronsyre (E330), som finnes i sitron. Andre eksempler er eddiksyre (E260), melkesyre (E270), som dannes av melkesyrebakterier, og askorbinsyre, også kalt vitamin C (E300). Grunnen til at syrer, som har lave pH-verdier, fungerer som konserveringsmidler, er at mange bakterier vokser dårlig i et surt miljø. Matvarene blir ikke så raskt brutt ned av bakterier, og det gir mindre matsvinn. Samtidig beskyttes vi mot matforgiftninger av bakterier eller av de giftstoffene (toksinene) bakterier kan danne i matvarene. I tillegg gir mange av stoffene næringsmidlene smak, konsistens og lukt (aroma). Suragurker eller sursild med lake er tilsatt eddiksyre. Melkesyre senker pH og gjør at proteiner denaturerer, og dette endrer både smak og konsistens på melkeprodukter som jogurt, kulturmelk og rømme, og smaken på for eksempel spekepølser. Det finnes også E-stoffer som er baser. Natriumhydrogenkarbonat (E500) kjenner vi også som kjemisk hevemiddel i bakepulver. Andre basiske stoffer er salter av svake syrer, for eksempel salter av sitronsyre (E330), såkalte sitrater (E331–333). Du har kanskje også hørt at noen er skeptiske til slike stoffer, men det er det liten grunn til å være. En mulig matforgiftning av bedervet mat er det derimot all grunn til å bekymre seg for. Tilsetningsstoffene er nøye testet og godkjent for bruk i EU. Det er imidlertid kjent at noen få mennesker kan være overfølsomme for enkelte stoffer. Derfor er det viktig å kreve at alle næringsmidler skal være merket med hvilke stoffer de inneholder. Ingen studier har så langt vist at tilsetningsstoffer kan gi økt risiko for kreft innenfor de dosene som brukes. For sikkerhets skyld har Helsedirektoratet anbefalt at det ikke bør gis mat med kunstige søtningsmidler til barn under tre år.

Vurderingseksemplar I matlaging bruker vi ofte sitronsyre (E330).

5 OPPGAVER

5.0 Repetisjon

5.0.1 Svar kort og presist på oppgavene. a Hva er en syre, og hva er en base? b Hva er forskjellen på en syre og en sur løsning? c Hva er forskjellen på en sterk og en svak syre, og hva er forskjellen på en sterk og en svak base? d Skriv ned definisjonen av pH, og forklar med ord hva det betyr.

5.0.2 Nevn et eksempel på en sterk og en svak syre, og skriv reaksjonslikningen for reaksjonen som skjer når de løses i vann (protolysereaksjonene).

5.0.3 Hvilket av stoffene nedenfor er en svak syre? Hvilke er ikke en syre? A HCl B NaOH C HCOOH D HNO3

5.0.4 Finn pH i a 0,010 M HCl b 0,002 M HNO3 c 0,10 M NaOH d 0,10 M Ba(OH)2 H3BO3(aq) + H2O(l) H2BO3

–(aq) + H3O+(aq), Ka

5,8 10–10 Vurderingseksemplar

5.0.5 Hva er [H3O+] i en løsning når a pH 5,5 b pH 2,0 c pH 9 a Er borsyre en svak eller en sterk syre? b Hva er borsyras korresponderende base? Skriv likningen for denne basens reaksjon med vann.

5.1 pH i svake syrer og baser

5.0.6 Kalkvann er en mettet løsning av Ca(OH)2(aq). Ved romtemperatur måles pH i kalkvannet til 12,3. Hva er konsentrasjonen av hydroksidioner og kalsiumioner i kalkvannet?

5.0.7 a Hva menes med et syre-basepar? b Finn syre-baseparene i disse reaksjonene: 1 NH4 +(aq) + OH–(aq) NH3(aq) + H2O(l) 2 CH3COOH(l) + H2O(l) CH3COO–(aq) + H3O+(aq)

5.0.8 a Hva er korresponderende syre til disse basene: 1 NH3 2 CH3COO–3 CO3 2–b Hva er korresponderende base til disse syrene: 1 CH3COOH 2 HCN 3 H2CO3

5.0.9 På hvilke måter kan vi måle pH i en løsning?

5.0.10 For borsyre (H3BO3) kan det første protolysetrinnet skrives slik:

5.1.1 Skriv protolysereaksjonen og skriv uttrykket for syrekonstanten til disse svake syrene: a HNO2 b HCN

c C2H5COOH d H2CO3 (begge protolysetrinnene)

5.1.2 Beregn pH-verdien i a 0,010 mol/L eddiksyre (CH3COOH) b 0,0050 mol/L hydrogencyanid (blåsyre, HCN) c 0,15 mol/L salpetersyrling (HNO2)

5.1.3 a Skriv protolysereaksjonen og uttrykket for basekonstanten til ammoniakk (NH3). b Finn pH i 1 3,0 M NH3(aq) 2 0,30 M NH3(aq) 3 0,030 M NH3(aq)

5.1.4 Hva har høyest pH-verdi av 0,3 M NH3(aq) og 0,3 M NaOH(aq)? Gi en begrunnelse for svaret ditt.

5.1.5 Maursyre, HCOOH, er et stoff som blir brukt i store mengder i landbruket for å konservere gras (silolegging). a Skriv likningen for reaksjonen mellom maursyre og vann, og sett opp uttrykket for syrekonstanten. b Finn pH-verdien i en 0,30 M maursyreløsning. c Finn basekonstanten Kb for den korresponderende basen når Ka for syra HCOOH er 2,0 10–4 .

5.1.6 Finn Kb for den korresponderende basen til 1 salpetersyrling (HNO2) når Ka til syra er 5,6 10–4 2 melkesyre (2-hydroksypropansyre, CH3CH(OH)COOH) når Ka til syra er 1,4 10–4

5.1.7 0,20 mol eddiksyre (etansyre CH3COOH) er løst i vann til 1 L løsning. pH blir målt til 2,2. a Hva er konsentrasjonen av molekyler og ioner i løsningen ved likevekt? b Regn ut Ka til eddiksyre basert på denne målingen. 5.1.8 Her er noen syrer rangert etter synkende syrestyrke: HI > HSO4 – > HF > HCN. Skriv formel for de korresponderende basene til disse syrene. Hvilken av syrene har den svakeste korresponderende basen?

5.2 pH i løsninger av salter og gasser i vann

5.2.1 En løsning av NaCl i vann gir ingen endring av pHverdien i vannet. Kloridioner er korresponderende base til saltsyre. Hvordan forklarer vi at kloridionene (Cl–) ikke protolyserer? 5.2.2 Hvilke av stoffene vil gi en sur løsning i vann? A HNO3 B NaNO2 C CH3COONa D NaHCO3 E NH4NO3 5.2.3 a Forklar hvorfor saltet ammoniumbromid (NH4Br) farger BTB gul, og at natriumkarbonat (Na2CO3) farger BTB blå når de løses i rent vann. b Det meste av karbondioksidet som blir produsert i cellene i kroppen, blir transportert av blodplasma i form av hydrogenkarbonationet (HCO3 –). I spytt og Vurderingseksemplar bukspytt finner vi dette ionet i natriumhydrogenkarbonat. Hvis du tar litt av saltet natriumhydrogenkarbonat i vann, blir løsningen nøytral, sur eller basisk? 5.2.4 Hvilke av ionene vil gi en basisk løsning i vann? A NH4 + B S2–C HSO4 –D HCOO–E NO3 –

5.2.5 Bestem pH i disse saltløsningene: a 0,15 M CH3COOK b 0,10 M NaCN c 0,20 M NaNO2 d 0,15 M HF e 0,50 M NH4Cl f 0,10 M NaHCO3

5.2.6 I noen salter vil både det positive og det negative ionet reagere med vann. Ionenes relative styrke som syre eller base avgjør hvor sur løsningen blir. Bruk størrelsene til syrekonstanten og basekonstanten til å avgjøre om løsningene nedenfor blir nøytrale, sure eller basiske. a CH3COONH4 b (NH4)2CO3

5.2.7 I en mettet løsning av H2S(g) i vann har vi: [H3O+]2 [S2–] 1,1 10–21 . I en løsning er [Cu2+] [Fe2+] 0,10 M. Løsningen mettes med H2S. Blir det dannet bunnfall av CuS eller av FeS hvis pH er 1 1,0 2 9,0

5.2.8 Statiner er en gruppe legemidler som brukes til å redusere kolesterolinnholdet i blodet. Statiner inntas vanligvis i tablettform. Et eksempel er Pravachol. Pravastatin

O

O HO

HO O

OH

HO Virkestoffet i Pravachol er pravastatin.

Ovenfor ser du strukturen til pravastatin, som er en svak syre med Ka 2,5 10–5 . a Tegn strukturformelen og marker den funksjonelle gruppen i pravastatin som gjør at stoffet er en syre. b Bestem molekylformelen for pravastatin, og vis at den molare massen er 424,52 g/mol. c Beregn masseprosenten av oksygen i pravastatin. d Pravastatin er vannløselig. Begrunn dette ut fra strukturen.

I Pravachol forekommer legemidlet som natriumsaltet av pravastatin, NaA. Her er A– den korresponderende basen til pravastatin. Den molare massen til

NaA er 446,34 g/mol. e Beregn basekonstanten til A–. f Beregn stoffmengden av NaA i en tablett som inneholder 84,0 mg av saltet. g Beregn pH hvis tabletten i oppgave f knuses og røres ut i rent vann til et totalvolum på 25,0 mL. h Pravachol inneholder flere hjelpestoffer, blant annet magnesiumoksid. Vurder på bakgrunn av dette hvordan pH-verdien du beregnet i oppgave g vil samsvare med en målt pH-verdi.

Vurderingseksemplar 5.2.9 Finn protolysegraden målt i prosent i disse løsningene: 1 2,0 M CH3COOH når [H3O+] ved likevekt er 6,0 10–3 mol/L

2 0,20 M CH3COOH når [H3O+] ved likevekt er 1,9 10–3 mol/L

Hvordan går det med protolysegraden når konsentra sjonen av syra minker?

5.2.10 a Forklar hvorfor regnvann normalt har en pH mellom 5 og 6. b Hva menes med sur nedbør i miljøsammenheng? c Hvilke skadevirkninger kan sur nedbør føre til?

5.2.11 Gir disse gassene sur, basisk eller nøytral løsning i vann? Begrunn svaret ut fra reaksjonslikninger. a CO2 b SO3 c NH3 d H2S e NO2

5.2.12 Hvor kommer svoveldioksid og svoveltrioksid i lufta fra?

5.2.13 Bilen er et av våre viktigste transportmidler og samtidig en av de største bidragsyterne til luftforurensning. I tillegg til utslipp av CO2 er et av de største problemene utslipp av nitrogenoksider (NO og NO2). a Gi en kjemisk forklaring på hvorfor innånding av nitrogenoksider kan gi skader på celler og vev i luftrør og lunger. b I luft er det nitrogengass og oksygengass. Der finner vi disse to likevektsreaksjonene:

N2(g) + O2(g) 2NO(g), der K 4,3 10–31 ved 25 °C, H 178 kJ/mol

2NO(g) + O2(g) 2NO2(g), der K 1,6 1018 ved 25 °C, H –112 kJ/mol

Til hvilken side vil de to likevektsreaksjonene være forskjøvet ved romtemperatur?

c Hvordan vil likevektene forandre seg ved de høye temperaturene som vi finner i en bilmotor? Forklar hva som skjer både i motoren og når avgassene kommer ut i lufta.

5.3 Buffere

5.3.1 Hvilken blanding av stoffer kan gi en buffer hvis den blir løst i vann? A KF og NaF B KF og NaOH C KF og HF D KF og H2O 5.3.2 Mari skal lage en buffer med pH 10,3. Hvilket av alternativene bør hun velge? A Karbonsyre og hydrogenkarbonat B Karbonsyre og karbonat C Hydrogenkarbonat og karbonat D Hydrogenkarbonat 5.3.3 Du har et stoff løst i vann. Til denne løsningen tilsetter du litt NaOH, slik at det blir en bufferløsning. Hvilket av disse stoffene var det i løsningen før NaOH ble tilsatt: A KCl B HCl C NH4Cl Vurderingseksemplar D CH3COONa 5.3.4 Hvilke av disse blandingene kan være en buffer: A HCOOH og HCOOK B HCOOH og NaOH C NH4Cl og NaCl D NH4Cl og NH3 E HCl og NaCl F HNO3 og NaNO3 G CH3COOH og HCl H NH3 og HCl I CH3COONa og HCl

5.3.5 Vi har laget en bufferløsning der like mengder av eddiksyre og natriumacetat er blandet. Til denne løsningen tilsetter vi noen milliliter HCl. Nedenfor er det skrevet noen reaksjonslikninger som beskriver reaksjonen som skjer. Hvilket av alternativene viser riktig reaksjon? A HCl(aq) + Na+(aq) NaCl(aq) + H+(aq) B CH3COO–(aq) + HCl(aq) CH3COOH(aq) + Cl–(aq) C HCl(aq) + CH3COOH(aq) 2H+(aq) + CH3COO–(aq) + Cl–(aq) D Na+(aq) + Cl–(aq) + CH3COOH(aq)

CH3COONa(aq) + H+(aq) + Cl–(aq) 5.3.6 En fosfatbuffer som er laget av NaH2PO4 og Na2HPO4, inneholder like store konsentrasjoner av de to stoffene. Hva er pH i denne bufferen? A 9,2 B 7,2 C 7,0 D 4,7 5.3.7 Finn pH-verdien i disse bufferløsningene: a 100 mL 0,40 mol/L CH3COOH og 50 mL 0,40 mol/L

CH3COONa b 8,3 g HCOOH og 16,3 g HCOONa fortynnet til 1,0 L løsning c 100 mL 0,10 M NH3 og 50 mL 0,25 M NH4Cl tilsatt vann til 500 mL løsning. 5.3.8 0,70 L acetatbuffer inneholder 0,28 mol CH3COOH og 0,21 mol CH3COONa. a Hva blir pH-verdien i bufferen? b Hva blir pH-verdien i blandingen dersom denne bufferen tilsettes 1) 100 mL vann 2) 0,010 mol HCl uten at volumet endres 3) 0,015 mol NaOH uten at volumet endres 4) 50 mL 5,0 M HCl 5.3.9 a 1,0 liter rent vann med pH 7,0 tilsettes 0,010 mol

NaOH. Hvor stor blir endringen i pH-verdi? b 0,10 mol CH3COOH og 0,10 mol CH3COONa løses i vann til 1,0 L bufferløsning. Hva blir pH-verdien i bufferen? c Hva blir pH-verdien i bufferen i b hvis vi tilsetter 0,010 mol NaOH? 5.3.10

Figuren viser en titrering av 20,0 mL 0,100 mol/L NH3 med 0,100 mol/L HCl. Her blir det dannet en buffer.

Er bufferområdet rundt A, B, C eller D? 14,0 12,0 10,0 8,2 pH 6,0 4,0 2,0 0,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 Volum tilsatt 0,100 mol/L HCl(aq) (mL)

B C D 5.3.11 Du skal lage en buffer med pH 9,25. Hvilke stoffer vil du A Vurderingseksemplar velge for å lage denne bufferen? 5.3.12 En elev skal lage en 0,10 M fosfatbuffer med pH 7,21. a Hvilke stoffer bør eleven velge å bruke? b Hva er sur og basisk komponent i denne bufferen? Skriv reaksjonslikninger for hva som skjer i bufferen hvis du tilsetter 1) litt HCl og 2) litt NaOH. c Lag en oppskrift på hvordan du skal lage 1,0 L av denne bufferen. d Hvordan ville du gått fram for å lage en fosfatbuffer med pH 6,9?

5.3.13 I en intimsåpe er pH 4,0. Såpa inneholder melkesyre og saltet til melkesyras korresponderende base, natriumlaktat. Hva er det mest av i såpa, melkesyre eller natriumlaktat? Ka til melkesyre er 1,4 10–4 .

5.3.14 Mange sjampoer inneholder en buffer av sitronsyre og saltet til den korresponderende basen, natriumsitrat. Beregn pH i en vannløsning av 0,200 mol/L sitronsyre og 0,100 mol/L natriumsitrat. Ka 7,2 10–4 . Hva er grunnen til at man velger sitronsyre for å regulere pH i en sjampo?

5.3.15 Hvilke av påstandene nedenfor er riktige for en basisk buffer med samme konsentrasjon av den sure og den basiske komponenten? A Bufferen består av en svak base og den korresponderende syra. B pKa for den sure komponenten er større enn 7. C Ved tilsetning av HCl øker pH-verdien. D Ved tilsetning av mer vann øker bufferkapasiteten.

5.3.16 Hvilken blanding har størst bufferkapasitet? A 100 mL 0,50 M CH3COOH og 100 mL 0,50 M NaOH B 100 mL 0,50 M CH3COOH og 100 mL 0,25 M NaOH C 200 mL 0,50 M CH3COOH og 100 mL 0,25 M NaOH D 100 mL 0,50 M CH3COOH og 200 mL 0,50 M NaOH

5.3.17 Hva bestemmer bufferkapasiteten til en buffer? A Hvilket syre-basepar som er i bufferen B Konsentrasjonen til komponentene i bufferen C Bufferområdet D Syrekonstanten til den sure komponenten 5.3.18 a Beregn pH-verdien, bufferområdet og bufferkapasiteten i 250 mL ammonium-ammoniakk-buffer som inneholder 0,12 mol NH4 +(aq) og 0,10 mol NH3(aq). b Hva skjer med pH og bufferkapasiteten i bufferen hvis den fortynnes 10 ganger med vann?

5.3.19 14,0 12,0 10,0 Volum tilsatt 0,100 mol/L NaOH (mL) pH 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 8,2 6,0 4,0 2,0 0,0 Figuren viser titrerkurven for titrering av 20,0 mL maursyre (HCOOH) med 0,100 mol/L NaOH. a Marker på figuren hvor vi har [HCOOH] [HCOO–]. b Hva er pKa til maursyre? c Marker på figuren hvor vi har ekvivalenspunktet i denne titreringen. d Hva var konsentrasjonen til maursyra?Vurderingseksemplar 5.3.20 Tris brukes ofte i buffere i biokjemiske studier. Den kjemiske formelen for tris er (HOCH2)3CNH2. Molar masse til tris er 121,14 g/mol, og basekonstanten, Kb, er 1,19 10–6 ved 25 °C. Figuren nedenfor viser strukturformelen for tris og den korresponderende syra til tris, som sammen danner tris-buffere.

HOH2C CH2OH

C NH2 HOH2C CH2OH

C

+ NH3

CH2OH Tris

I reaksjonslikninger kan den basiske komponenten skrives som tris og den korresponderende syra forkortes til trisH+. Syra har pKa 8,07 ved 25 °C. Ved tillaging av buffer blir trisH+ tilsatt i form av saltet tris–HCl, kalt tris-hydroklorid. Protolysereaksjonen til tris kan med forenklede symboler skrives slik:

Tris(aq) + H2O(l) trisH+(aq) + OH–(aq)

a Hva er bufferområdet for tris-bufferen? b Vi skal lage en buffer ved å blande 50,0 g av tris og 65,0 g av tris–HCl til et totalvolum på 2,0 L. Hva er pH-verdien i bufferløsningen? c Hva blir pH-verdien i løsningen hvis vi i 200,0 mL av bufferen i b tilsetter 0,50 mL av 12 mol/L HCl? Du kan se bort fra volumendring. d Beregn hvor stort volum av 1,0 mol/L NaOH(aq) du kan tilsette 500 mL av bufferen i b før bufferkapasiteten er overskredet.

5.3.21 a Jordsmonn på kalkholdig grunn tåler sur nedbør bedre enn jordsmonn dannet av for eksempel grunnfjell, som granitt og gneis. Hva er grunnen? b Forklar hvilken betydning karbonsyrelikevektene har for regulering av pH i vann og jord.

5.3.22 Det viktigste buffersystemet i blodet vårt er knyttet til CO2 og karbonsyrelikevekten. Forklar hvordan likevekten blir forskjøvet hvis blodet blir surere eller mer basisk. Øv deg på å forklare dette til en medelev. Sett ord på hva grafen viser.

pH

CH2OH Den korresponderende syra til tris

Relativ konsentrasjon 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 2 4 6 8 10 12 14

pK1 pK2 CO2 / H2CO3 HCO3 – CO3

2–5.4 pH-beregninger med programmering 5.4.1 Bruk programmering og beregn pH i 1 M HCl og 1 M CH3COOH (etansyre/eddiksyre). Hvorfor er det så stor forskjell i pH-verdiene til de to løsningene? 5.4.2 VurderingseksemplarBruk programmering og beregn pH en løsning med 1 M CH3COONH4 (ammoniumacetat).

5.4.3 Beskriv hva programmet nedenfor gjør. Kjør deretter programmet og beskriv plottet.

1 from import * 2 from pHcalc.pHcalc import Neutral, System 3 4 2.15, , 12.32], charge= , conc = ) 5 ph = linspace( , 14, ) 6 7 8 plot 9 , , , ]) ("pH") 11 ( ) 12 show() 5.4.4 Lag samme type plott som i forrige oppgave, men med karbonsyre i stedet for fosforsyre. Diskuter likheter og forskjeller i plottene. 5.4.5 Forklar hva programmet nedenfor gjør. Bruk programmet til å simulere en titrering av saltsyre med NaOH. Hva er forskjellen på de to titreringene? 1 from import * 2 from pHcalc.pHcalc import Neutral, System 3 4 5 , , ) # Volum i L 6 7 V_syre = # L 8 V_total = V_syre 9 c_syre = n_syre = c_syre*V_syre 11

Vurderingseksemplar

12 13 14 15 for volum in 16 V_total = V_syre + volum

17 na = Neutral(charge=1 18 1.8E-5, charge= 19 system.pHsolve() 21 22 23 24 25 show()

Sammensatte oppgaver

5S.1 Maursyre (metansyre) er den enkleste organiske syra. Den finnes blant annet i maur. En maur kan ha til sammen 2,0 mg 75 % maursyre fordelt i mange små blærer. a En elev knuser fem maur i et reagensglass og fyller på 5,0 mL vann. Hva blir pH i vannet? b For å bestemme konsentrasjonen av maursyra i a helt nøyaktig ble 5,0 mL av syra titrert med 0,0100 mol/L NaOH-løsning. Forbruket av standardløsningen var 13,3 mL. 1 Hvilken indikator vil egne seg til denne titreringen? Begrunn svaret ditt. 2 Beregn konsentrasjonen av maursyreløsningen. c To elever skal lage en buffer med pH 3,3 ved å bruke maursyre som den ene komponenten.

Begrunn hvorfor det er mulig å bruke maursyre til å lage en buffer med pH 3,3.

Finnes det andre og bedre alternativer enn maursyre som utgangspunkt for å lage denne bufferen?

Begrunn svaret. d Lag en oppskrift på en buffer med pH 3,8 der du skal bruke 0,10 mol/L maursyre som den ene komponenten. Du skal lage 0,50 L buffer. e 1 Bufferen i d tilsettes 2,0 mL 1,0 mol/L NaOH. Hva blir pH i bufferen? 2 Bufferen i d fortynnes med vann til et volum på 1,5 L. Hva blir pH i bufferen? f Beregn bufferkapasiteten til bufferen du laget i oppgave d. 5S.2 Klorogensyre er en antioksidant som finnes i for eksempel tomater, jordbær, poteter og kaffe.Vurderingseksemplar Navnet kan ved første øyekast virke noe misvisende, siden forbindelsen ikke inneholder klor. Navnet kommer av den lysegrønne fargen som flere oksidasjonsprodukter av klorogensyre har. Strukturen til klorogensyre ser slik ut:

HO

HO O OH

OH

O

HO

HO O

a Bestem molekylformel og molar masse for klorogensyre. b Gjør rede for stereoisomeri hos klorogensyre. c Ved hydrolyse av klorogensyre får vi quininsyre og koffein syre. Skriv strekformler for de to forbindelsene når du får vite at koffeinsyre er en aromatisk forbindelse. d Klorogensyre er en svak syre med pKa 3,7 ved 25 °C.

Eivor har fått tak i 1500 mg klorogensyre i fast form.

Hun vil bruke dette til å lage 125 mL bufferløsning med pH lik 3,5. Hun har dessverre ikke tilgang på salter av den korresponderende basen til klorogensyre, men for øvrig kan hun bruke det som er vanlig å finne i et kjemilaboratorium.

Lag en oppskrift som Eivor kan bruke til å lage bufferløsningen. e Beregn bufferkapasiteten til bufferen. f Eivor overfører 25,0 mL av bufferløsningen til to begerglass (A og B). Deretter gjør hun disse tilsetningene:

Begerglass A: 1 mL 0,1 mol/L KOH

Begerglass B: 5 mL rent vann

Vurder i hvert tilfelle hvordan pH-verdien og bufferkapasiteten forandrer seg i forhold til verdiene i den opprinnelige bufferløsningen.

Vurderingseksemplar

Kjemisk dypdykk

5A Det dukker stadig opp mange myter og feilaktig informasjon om E-stoffer i media. Eksempler på fem slike myter eller påstander ser du nedenfor. Velg en eller flere av påstandene og gjør en egen utforskning og vurdering av påstandene, basert på forskningsbaserte kilder.

Myter: 1 Jo høyere E-nummer, desto farligere er stoffene. 2 Hvis summen av E-nummer i matvaren er over 1000, er matvaren farlig. 3 Naturlige stoffer er bedre enn kunstige. 4 Det finnes lister (falske) over «uskadelige»,

«mistenkelige», «farlige», «helseskadelige» eller

«kreftframkallende» stoffer. 5 Coctaileffekt – jo flere E-stoffer, desto verre og farligere er det.