Syrer, baser og salte eksamensnoter

Syrer, baser og salte

Metaller

Fælles for alle metaller er:

1. (En skinnende, blank overflade. Mange metaller skal dog renses, før det kan ses.)
2. Gode varmeledere. (Varmeledning er et fænomen, der består i, at et stofs molekyler overfører svingnings-energi til nabomolekylerne.)
3. Kan lede elektrisk strøm.

Derudover er metaller meget forskellige. De kan være bløde eller hårde, have forskellige farver, være tunge eller lette.

Tabel over kendte metallers egenskaber

Metal                         1 cm³ vejer              Smeltepunkt

            Natrium, Na                0,97g                         98°C

Magnesium, Mg       1,74g                         650°C

Aluminium, Al            2,70g                         660°C

Titan, Ti                       4,54g                         1675°C

Krom, Cr                    6,92g                         2300°C

Zink, Zn                      7,13g                         420°C

Tin, Sn                        7,30g                         232°C

Jern, Fe                      7,86g                         1535°C

Nikkel, Ni                    8,90g                         1453°C

Kobber, Cu               8,92g                         1083°C

Sølv, Ag                    10,47g                       961°C

Bly, Pb                      11,40g                       327°C

Kviksølv, Hg              13,55g                       -39°C

Uran, U                       18,95g                       1132°C

Guld, Au                    19,27g                       1063°C

Platin, Pt                     21,45g                       1769°C

Ædle metaller: Reager ikke særlig let kemisk med andre stoffer. (Guld, sølv, platin, palladium og rhodium.)

70 ud af de 90 naturlige grundstoffer er metaller.

De fleste metaller forekommer ikke naturligt i naturen, men i kemiske forbindelser (malme)

Ca. 25% af jordskorpen består af metaller.

Metal                        % af jordskorpen

Aluminium, Al            8,1

Jern, Fe                     5,0

Natrium, Na               2,8

Magnesium, Mg       1,94

Titan, Ti                      0,44

Nikkel, Ni                    0,006

Kobber, Cu              0,005

Bly, Pb                      0,001

Sølv, Ag                    0,000007

Guld, Au                    0,0000004

De hyppigst fremkomne stoffer i jordskorpen er ikke metaller, men Oxygen, O (47%) og Silicium, Si (28%). Det meste Oxygen og silicium er i silicium-oxid, SiO₂.

Kviksølv, Hg: Det eneste metal, der er flydende ved stuetemperatur.

Jern, Fe: Ruster, når det er i kontakt med både luft og vand. I saltvand ruster det særlig hurtigt.

Aluminium, Al: Det metal, der er mest af i jordskorpen. Aluminium er et let, lysegråt metal.

Stoffer, der brænder, reagerer med luftens oxygen. Fx C + O₂ → CO₂

Når et stof ikke er er blevet antændt, men alligevel reagerer med oxygen, oxiderer det. Et oxideret stof kaldes et oxid.

Et oxid har andre egenskaber end metallet. Det har ingen metalglans, er ikke elektrisk ledende og hårdheden er ændret.

Legeringer

Blanding af flere metaller og har andre, typisk bedre, egenskaber end de rene metaller.

Legeringer smelter almindeligvis ved en lavere temperatur end de oprindelige metaller.

Fx smelter tin ved 232°C og bly ved 328°C, mens loddetin, som er en legering af tin og bly smelter ved ca. 200°C. og Woods metal har et meget lavt smeltepunkt. Det er en legering af tin, bly, cadmium og bismuth. Metaller, som alle har smeltepunkter over 200°C, men legeringen smelter ved ca. 70°C.
(Bruges i sprinkler-anlæg)

Legering       Bestanddele                       Anvendelse

Bronze           Kobber, Cu. Tin, Sn.           Værktøj i bronzealderen, lur, kirkeklokker.

Messing         Kobber, Cu. Zink, Zn.          Blæseinstrumenter, beslag, lysestager.

Stål                 Jern, Fe. Mangan, Mn.         Maskiner, skibe, biler.

Silicium, Si. Carbon, C.

Rustfrit stål     Jern, Fe. Krom, Cr.               Spisebestik, stålvaske mm.

Nikkel, Ni.

Loddetin        Bly, Pb. Tin, Sn.                   Lodning.

Amalgam       Sølv, Ag. Kviksølv, Hg.       Tandfyldninger.

Tin, Sn.

Smykkeguld  Guld, Au. Kobber, Cu.        Smykker.

Smykkesølv  Sølv, Ag. Kobber, Cu.        Smykker.

Strøm gennem metaller

I et metal danner atomerne ikke molekyler, men sidder ordnet i et regelmæssigt gitter. At atomerne holdes sammen, skyldes at deres elektroner ikke blot bevæger sig om deres egen atomkerne, men også rundt om nabokernerne. Derudover har alle metal-atomer nogle få elektroner, der er så løst bundet til atomkernen, at de kan bevæge sig frit omkring i hele metallet, og fastholdes af metalgitteret og ikke nogen bestemt atomkerne. Det er disse elektroner, der bevæger sig rundt i et kredsløb, når metallet er tilsluttet til en strømkilde. De bevæger sig igennem metallet fra fra minuspolen til pluspolen, og går så igennem strømkilden fra plus til minus og rundt igen i et kredsløb.

Hvis strømkilden er vekselstrøm, vil elektronerne først bevæge sig den ene vej og så den anden. Hvis en pære er tilsluttet, vil elektronerne i pærens tynde glødetråd møde særlig stor modstand, og det bevirker at tråden bliver glødende og udsende lys.

Man siger strømmen går fra + til -, selvom elektronerne i realiteten går fra – til +, altså omvendt.

Påvisning af metal-ioner og ammonium-ioner (Ny fysik/kemi 7 s. 39-40)

Natrium-ioner, Na⁺: Brænder kraftigt gult.

Kalium-ioner, Ka⁺: Brænder lyst lilla/violet.

Kobber-ioner, Cu⁺: Brænder grønt.

Lithium-ioner, Li⁺: Brænder mørkerødt.

Barium-ioner, Ba⁺⁺: Brænder lyst grønt.

Calcium-ioner, Ca⁺⁺: Brænder orange-rødt. Det er kun kortvarigt og er svært at se, men

tilsætning af natrium-oxalat, Na₄C₂O₄, danner bundfald.

Ammonium-ioner, NH₄⁺: Brænder ikke med nogle speciel flammefarve, men

tilsætning af natriumfydrioxid med påfølgende opvarmning danner ammoniak, NH₃.

Ioner

En ion er et atom, der enten har fået eller mistet en eller flere elektroner.

Et atom, der har mistet elektroner, og derfor er positivt ladet kaldes en positiv ion.

Et atom, der har fået en elektroner, og derfor er negativt ladet kaldes en negativ ion.

Påvisning af ioner (Ny fysik/kemi 7 s. 37-40+51 + Ny fysik/kemi 9 s. 23-24)

Clorid-ioner, Cl^–: Tilsætning af clorid-reagens (sølvnitrat-opløsning, AgNO₃) danner et hvidt bundfald.

Sulfat-ioner, SO₄^{– –}: Tilsætning af sulfat-reagens (bariumclorid-opløsning, BaCl₂) danner et bundfald.

Nitrat-ioner, NO₃^–: Tilsætning af nitrat-reagens (nitron-opløsning, C₂₀H₁₆N₄) danner et bundfald.

Fosfat-ioner, PO₄^–: Tilsætning af clorid-reagens (sølvnitrat-opløsning, AgNO₃) danner et gult bundfald.

Carbonat-ioner, CO₃^{– –}: Tilsætning af saltsyre, HCl danner CO₂.

Natrium-ioner, Na⁺: Brænder kraftigt gult.

Kalium-ioner, Ka⁺: Brænder lyst lilla/violet.

Kobber-ioner, Cu⁺: Brænder grønt.

Lithium-ioner, Li⁺: Brænder mørkerødt.

Barium-ioner, Ba⁺⁺: Brænder lyst grønt.

Calcium-ioner, Ca⁺⁺: Brænder orange-rødt. Det er kun kortvarigt og er svært at se, men

tilsætning af natrium-oxalat, Na₄C₂O₄, danner bundfald.

Ammonium-ioner, NH₄⁺: Brænder ikke med nogle speciel flammefarve, men

tilsætning af natriumfydrioxid med påfølgende opvarmning danner ammoniak, NH₃.

Ion-forbindelser

Ion-forbindelser er stoffer opbygget af positive og negative ioner, der fastholdes i et bestemt mønster af de elektriske kræfter, der virker mellem dem.

Metaller danner altid ioner ved at afgive elektroner, nogle metaller altid med samme antal, for andre varierer det. Og danner altså positive ioner.

Ikke-metaller danner typisk negative ioner ved at modtage elektroner fra metallerne.

Man kan kende ionforbindelser på to egenskaber:

1. Ionforbindelser indeholder normalt både metalatomer og ikke-metalatomer. Atomerne fremstår med ladninger og kaldes derfor ioner. Metalionen er positivt ladet. Ikke-metalionen er negativt ladet.
2. Ionforbindelser kan lede den elektriske strøm, når de opløses i vand. De kan ligeledes i smeltet tilstand lede strømmen, hvilket er heldigt, for ikke alle ionforbindelser kan opløses i vand. I så fald kan de smeltes, og man efterprøver om de kan lede den elektriske strøm.

Elektronerne bevæger sig rundt om atomkernen i skaller. Antallet af elektroner, der kan være i skallerne vokser med skallens nummer.

Stoffer vil helst have 8 elektroner i den yderste skal ligesom de ædle metaller. Og når atomerne enten afgiver eller optager elektroner, dannes ioner.

Atomer med få elektroner i den yderste skal, mister let de elektroner, og herved dannes positive ioner. Det er typisk metaller.

En måde hvorpå et metal-ion kan miste de yderste elektroner er hvis et andet atom indfanger dem. De er typisk ikke-metaller, som mangler nogle få elektroner for at nå op på 8 elektroner i den yderste skal. De indfanger derfor de manglende elektroner og får et overskud af elektroner, og danner negative ioner.

Metaller reagerer derfor med ikke-metaller. (Fordi ikke-metallernes atomer indfanger de elektroner, som metal-atomerne let afgiver, sådan de får 8 elektroner i den yderste skal.) De holdes sammen i et ion-gitter på grund af den elektriske tiltrækning, og der dannes en ion-forbindelse.

I det periodiske system angiver hovedgruppens nummer antallet af elektroner i den yderste skal.

Skema over normalt forekomne ioner.

Positive ioner                    Negative ioner

Aluminium, A ⁺⁺⁺                   Clor, Cl^–

Calcium, Ca⁺⁺                       Fluor, F^–

Jern, Fe⁺⁺ eller Fe⁺⁺⁺           Oxygen, O^{– –}

Magnesium, Mg⁺⁺                Svovl, S^{– –}

Natrium, Na⁺

Zink, Zn⁺⁺

Demineraliseret vand fremstilles ved at lede almindeligt vand igennem et ionbytteranlæg. I dette anlæg udskiftes de uønskede positive ioner i vandet (fx Ca⁺⁺) med H⁺-ioner og de uønskede negative ioner (fx CO₃^{– –}) ombyttes med OH^–-ioner. Og derefter reager H⁺-ionerne og OH^–-ionerne og danner vand.

Syrer og baser

Et indikator-papir er et stykke papir, der er præpareret med forskellige stoffer, som får forskellig farve efter, hvor sur eller basisk den opløsning, som papiret dyppet i, er.

En sur opløsning vil farve indikator-papiret rødt, en basisk opløsning farver det blåt, og en neutral opløsning farver det gult eller svagt grønligt.

pH-skala: går fra 0-14.

Sur = 0-6

Neutral = 7

Basisk = 8-14

En syre eller base kan fortyndes med vand (pH-værdien nærmer sig 7)

Når en stærk syre/base opløses i vand, spaltes den fuldstændigt i positive og negative ioner, og mængden af H⁺-ioner (i en syre) eller OH^–-ioner (i en base) afgør, hvor stærk opløsningen er.

Jo flere H⁺/OH^–-ioner pr. ml, desto stærkere.

Syrer

Indeholder positive hydrogen(H⁺)-ioner og negative syrerest-ioner. Mængden af H⁺-ioner afgør, hvor sur syren er.

Syrerest-ionen kan både være en en enkelt ion eller en sammensat ion. Fælles er at de har overskud af elektroner.

Ætsende. Farlige (de stærke).

Syrer i madvarer (svage syrer) fx:

citronsyre, C₆H₈O₇ (findes i citron)

mælkesyre, C₃H₆O₃ (findes i sure mælkeprodukter, kaldes også 2-hydroxypropansyre)

vinsyre, C₄H₆O₆

eddikesyre, CH₃COOH

kulsyre, H₂CO₃ (findes i sodavand – CO₂ + H₂O)

askorbinsyre, C₆H₈O₆ (findes i C-vitamin)

Stærke syrer fx:

saltsyre, HCl (kaldes også hydrogenchlorid – findes i mavesækken)

svovlsyre, H₂SO₄ (vigtig i den kemiske industri, findes i kunstgødning og fortyndet i bilbatterier)

salpetersyre, HNO₃ (yderst farlig, findes i sprængstoffer)

Påvisning af syrerest-ioner (Ny fysik/kemi 7 s. 37-38+51)

Clorid-ioner, Cl^–: Tilsætning af clorid-reagens (sølvnitrat-opløsning, AgNO₃) danner et hvidt bundfald.

Sulfat-ioner, SO₄^{– –}: Tilsætning af sulfat-reagens (bariumclorid-opløsning, BaCl₂) danner et bundfald.

Nitrat-ioner, NO₃^–: Tilsætning af nitrat-reagens (nitron-opløsning, C₂₀H₁₆N₄) danner et bundfald.

Fosfat-ioner, PO₄^–: Tilsætning af clorid-reagens (sølvnitrat-opløsning, AgNO₃) danner et gult bundfald.

Carbonat-ioner, CO₃^{– –}: Tilsætning af saltsyre, HCl danner CO₂.

Baser

Indeholder negative hydroxid(OH^–)-ioner og positive metal-ioner. Mængden af OH^–-ioner afgør, hvor basisk opløsningen er.

Ætsende og farlige (de stærke).

Opløser fedt.

Stærke baser: fx natriumhydroxid (NaOH – kaldes også kaustisk soda, natronlud eller ætsnatron) ammoniak (NH₃ – findes i rengøringsmidler)

Salte

Et salt er en kemisk ionforbindelse af positive metal-ioner og negative syrerest-ioner.

Ved at komme et metal i en syre fjernes de positive hydrogen(H⁺)-ioner (hvorved opløsningen neutraliseres) og erstattes med metal-ioner, der sammen med syrerest-ionerne danner et salt.

Metallet afgiver elektroner, og bliver til positive ioner. Elektronerne optages af H⁺-ionerne, som danner H₂-molekyler, der bobler op af opløsningen. De positive metalioner og de negative syrerest-ioner går sammen i en ion-forbindelse, som vi kalder et salt. Et salt er nemlig en kemisk forbindelse af metal-ioner og syrerest-ioner.

metal + syre → salt + hydrogen

(Laboratorieopgave 8 på side 78!)

Metoden med at opløse metal i syre kan, udover at fremstille salt, bruges, hvis man ønsker at fremstille hydrogen (H₂).

Salte, som indeholder nitrat-ioner, hedder nitrater. De er salte af syrerest-ionen, NO₃^–, fra salpetersyre, HNO₃.

Salte kan både være sure, basiske og neutrale (fællesforsøg 2, Ny fysik/kemi 7 s. 45)

Vi lavede et forsøg hvor vi puttede Magnesium (Mg) i saltsyre, HCl. Her neutraliseredes saltsyren, da alle hydrogenionerne forsvandt som brintgas. Hvis man inddampede det der var tilbage, fik man saltet magnesiumchlorid

Mg → 2HCl H₂ + Mg⁺⁺ + Cl^– → MgCl₂

Neutralisation

Når man neutraliserer en syre med en base vil hydrogen(H⁺)-ionerne fra syren reagere med hydroxid-ionerne, OH^– fra basen og danne vand

H⁺ + OH^– → H₂O

Når alle H⁺-ionerne har reageret med OH^–-ionerne er opløsningen blevet neutral.

Foruden H⁺-ioner består syren af en syrerest ion. Og foruden OH^–-ionen består basen af metal-ioner.

Syrerest-ionerne og metal-ionerne vil reagere og danne et salt. Dvs.

Neutralisation

            syre + base → salt + vand

Oftest vil saltet være opløst i vandet, og for at få fat i saltet skal man destillere vandet.

Men et tungtopløseligt salt (hvor kun en lille del kan opløses i vand) vil danne bundfald.