Redox en zuur-base

(Dit zijn snelle notities voor mezelf, voor completere uitleg, zie Rekenen met zuur-base)

Sterke vs zwakke zuren

Basen zijn altijd zouten, en een zout lost op (en ioniseert volledig) of niet. Er is daar geen onderscheid tussen sterke en zwakke basen.

pH berekenen

(Bij een molariteit van \(\ce{0.100 M}\))

Sterk zuur (\(\ce{H3O+ + Br-}\))

  1. \(\ce{pH = -\log{\ce{[H3O+]}} = -\log{0.100} = 1.000}\)
  2. Er is geen stap twee
Let op! Het aantal sc. van de molariteit is het aantal decimalen van de pH. (De pH heeft dan dus altijd minstens 1 sc. meer)

Zwak zuur (\(\ce{HF_{(aq)}}\))

  1. Stel de reactievergelijking op: \(\ce{HF_{(aq)} + H2O_{(l)} <=> H3O+ + F-}\)
  2. Stel de evenwichtsvoorwaarde op: \(K_z = \frac{\ce{[H3O+][F-]}}{\ce{[HF]}}\)
  3. Stel er wordt \(x \text{ mol } \ce{HF}\) omgezet: los op voor \(K_z = \frac{x^2}{0.100 - x}\)
  4. \(\ce{pH = -\log{\ce{[H3O+]}} = -\log{x}}\)

Base (\(\ce{SO3^{2-}}\))

  1. Stel de reactievergelijking op: \(\ce{SO3^{2-} + H2O_{(l)} <=> OH- + HSO3+}\)
  2. Stel de evenwichtsvoorwarde op: \(K_B = \frac{\ce{[OH-][HSO3+]}}{\ce{[SO3^{2-}]}}\)
  3. Stel er wordt \(x \text{ mol } \ce{H3O+}\) omgezet: los op voor \(K_B = \frac{x^2}{0.100 - x}\)
  4. \(\ce{pOH = -\log{\ce{[OH-]}} = -\log{x}}\)
  5. Reken om naar pH: \(\ce{pH = 14 - pOH}\)

Omzettingspercentage (bij een ingesteld pH)

  1. Bereken de \(\ce{H3O+}\) concentratie: \(\ce{[H3O+] = 10^{-pH}}\)
  2. Stel de reactievergelijking op: \(\ce{HF_{(aq)} + H2O_{(l)} <=> H3O+ + F-}\)
  3. Stel de evenwichtsvoorwaarde op: \(K_z = \frac{\ce{[H3O+][F-]}}{\ce{[HF]}}\)
  4. Schrijf om: \(\frac{K_z}{\ce{[H3O+]}} = \frac{\ce{[F-]}}{\ce{[HF]}}\)
  5. Bereken het omzettingpercentage: \(\text{omz}\% = \frac{\text{deel}}{\text{geheel}} \cdot 100\% = \frac{\ce{[F-]}}{\ce{[F-] + [HF]}} \cdot 100\%\)

Afhankelijk van de vraagstelling kan de laatste stap ook vragen naar hoeveel procent er over blijft. Dan neem je natuurlijk \(\text{omz}\% = \frac{\ce{[HF]}}{\ce{[F-] + [HF]}} \cdot 100\%\)

Buffers

Een buffer is een geconjungeerde oplossing waarbij \(\ce{[F-] \simeq [HF]}\). Als je daar zuur of base aan toevoegt, verandert het pH nauwelijks. Hoe dichter de concentraties bij elkaar liggen, hoe beter de bufferwerking. De bekendste buffer is bloed.

pH berekenen

  1. \(k_z = \frac{\ce{[H3O+][F-]}}{\ce{[HF]}}\)
  2. \(\ce{[H3O+]} = k_z \frac{\ce{[HF]}}{\ce{F-}}\)
  3. \(\ce{pH = -\log{\ce{[H3O+]}}}\)

Oxidatie van alcoholen

Primair alcohol

Een primair alcohol heeft de OH-groep aan het uiteinde van de koolstofketen.

De oxidatie van een primair alcohol

Een primair alcohol verandert altijd in een aldehyde en daarna in een zuur als het volledig oxideert. Dat is de reden dat een wijnfles op moet nadat hij geopend is; de alcohol veranderd anders in azijnzuur (door de zuurstof in de fles).

Secondair alcohol

Een secondair alcohol heeft de OH-groep ergens in het midden van de koolstofketen.

De oxidatie van een secondair alcohol

Zoals je ziet kan er geen zuur vormen omdat daarmee de covalentie-4 van het middelste koolstofatoom zou worden overschreden. Daarom is een volledige oxidatie van een secondair alcohol een keton.

Tertiar alcohol

Een tertiair alcohol heeft de OH-groep aan de tegengestelde kant van een methylgroep. Bij een tertiar alcohol kan helemaal geen oxidatie plaatsvinden.

Het gebrek aan oxidatie van een tertiair alcohol

Batterij (aka Danielcel)

Een batterij is een redox-reactie op afstand, en zet op die manier chemische energie om in elektrische energie. Een Danielcel bestaat uit:

De sterkste oxidator reageert met de sterkte reductor, zolang \(V_{ox} > V_{red}\). Alle elektrodes kunnen meereageren, behalve koolstof (\(\ce{C}\)) en platina (\(\ce{Pt}\)).

De reductor is de minpool (anode) van de batterij, omdat daar de elektronen vandaan komen (elektronen lopen van - → +). De oxidator is dan dus de pluspool (kathode).

De zoutbrug zorgt ervoor dat er ionen uit de zoutoplossingen mee kunnen bewegen met de elektronen, zodat de lading aan beide kanten van de batterij gelijk blijft.

Bij het opladen van de batterij vindt dezelfde reactie plaats, maar dan precies andersom (dus de kathode en anode zijn dan omgedraaid).

Andere soorten batterijen

In andere soorten batterijen wordt vaak een electroliet gebruikt. Dat heeft drie functies:

Tips