Bestemme vannets alkalinitet ved syre-base-titrering

[duperjulie]

Jeg har kjemitentamen i morra, og leser nå om hvordan man kan bestemme alkaliniteten til vann ved en syre-base-titrering. Så har jeg kommet over et lite spørsmål som jeg ikke finner helt ut av.

 

Vannets alkalinitet (innhold av negative ioner med baseegenskaper og dermed evne til å motstå forandringer i pH) omfatter jo karbonatsystemet.

 

Først litt om karbonatsystemet for oversiktens skyld:

 

CO2 løst i vann forårsaker at vann inneholder både CO2, H2CO3, HCO3- og CO32-. Disse molekylene og ionene kan gå over i hverandre. Det er altså flere syre-basepar som vekselvirker i vannet, og til sammen utgjør disse et buffersystem. Dette buffersystemet kalles karbonatsystemet.

 

Grunnen til at de nevnte ionene og molekylene finnes i vann:

CO2-gass i luft kan løses i vann som CO2(aq). Noe av denne oppløste gassen reagerer med vann og danner karbonsyre:

 

CO2(aq) + H2O(l) ↔ H2CO3(aq)

 

Karbonsyren kan protolysere videre og danner da hydrogenkarbonat-ioner:

 

H2CO3(aq) + H2O(l) ↔ HCO3-(aq) + H3O+(aq) Ka = 4,3 ∙ 10-7 mol/L

 

Hydrogenkarbonat-ioner kan så protolysere og danne karbonat-ioner:

 

HCO3-(aq) + H2O(l) ↔ CO32-(aq) + H3O+(aq) Ka = 4,8 ∙ 10-11 mol/L

 

HCO3- er det viktigste ionet i karbonatsystemet, da dette er en amfolytt som kan reagere både med syre og med base.

 

Så når vi skal bestemme vannets alkalinitet ved syre-base-titrering, skal vi bestemme innholdet av hydrogenkarbonat og karbonat. Boka mi sier da at vi gjør det ved å titrere med saltsyre som standardløsning, og at dette er reaksjonene som skjer:

 

1. H3O+(aq) + CO32-(aq) --> HCO3-(aq) + H2O (l)

2. H3O+(aq) + HCO3-(aq) ---> CO2(g) + 2H2O(l)

 

Så sier boka at reaksjon 2 ikke skjer direkte, men at den går innom karbonsyre H2CO3. Det er fordi:

H3O+(aq) + HCO3-(aq) ---> H2CO3 (g) + 2H2O(l)

 

MEN, karbonsyre er en så veldig svak syre, at den protolyserer veldig lite. Og i tillegg, når den er i surt miljø (H3O+), så protolyserer den ihvertfall ikke, den går heller over til CO2. Men mitt spørsmål er da: Hvordan gjør den det? Jeg veit at for å påvise karbonat drypper man til svovelsyre for å få danner karbondioksid, så det er vel litt av det samme. Men hvis jeg vil forklare dette med hvordan karbonatsyre går over i karbondioksid ytterligere, hvordan gjør jeg det? er det en reaksjon som ser noe sånt ut:?

 

H2CO3 + H3O+ --> CO2 + H2O

 

Er det noen som vet om det er sånn? jeg synes boka ikke forklarer det godt nok når de bare sier det på den måten, og det hele blir litt vanskelig å få oversikt over. Noen som kan hjelpe meg?

[GeO]

Som du sier så er det bare veldig lite av CO₂-en som løses i vannet, som faktisk finnes som H₂CO₃. Dette vil si at CO₂(aq) og H₂CO₃ ikke er det samme, noe som ser ut til å være en ganske vanlig misforståelse. I virkeligheten er det under 1 % av karbondioksiden som finnes som karbonsyre.

 

Dette forklarer hva som skjer når du har hydrogenkarbonat, HCO₃^-, i sur løsning: den protoneres til H₂CO₃, som ganske raskt dissosierer til H₂O og CO₂(aq). Det er begrenset hvor mye karbondioksidgass som kan løses i en gitt mengde vann, så etter hvert vil det skilles ut gass i form av bobler. Selve reaksjonene er altså:

 

HCO₃^-(aq) + H⁺(aq) = H₂CO₃(aq)

H₂CO₃(aq) = H₂O + CO₂(aq)

CO₂(aq) = CO₂(g)

 

Når du påviser karbonationer gjør du akkurat det samme, men da kan du tenke deg at du starer med et CO₃^2- som først mottar et proton (fra svovelsyren du tilsetter) og blir til HCO₃^-.

 

Tolket jeg spørsmålet ditt riktig?

[duperjulie]

Tusen takk ! Det var jammenmeg et raskt svar=) (Hadde aldri trodd jeg skulle få svar i tide, men så bare registrerte jeg meg i tilfelle, og det var visst lurt =P )

 

Men uansett.. jeg tror jeg forstår hva du mener.. sånn ca. Men hva betyr å dissosiere? betyr det at karbonsyren på en måte deles opp til karbondioksid og vann? Og hva er forklaringen på at dette skjer fremfor at karbonsyren blir som den er?

[GeO]

Hehe, velkommen på forumet!

 

At karbonsyren dissosierer betyr at den deles opp i karbondioksid og vann ja, dvs. den andre av de tre ligningene slik jeg skrev dem i posten over. Kunne like gjerne sagt at den spaltes. Det kalles ofte dissosiasjon når en syre løses i vann og avgir et proton også, så begrepet brukes i litt forskjellige sammenhenger. (Det er vel kanskje til og med mer riktig å si at den spaltes, når jeg tenker meg om. Oh well.)

 

Hvorfor dette skjer? Godt spørsmål. Når CO₂(g) løses i vann, så viser det seg at veldig lite av den egentlig danner H₂CO₃. Dette er den motsatte reaksjonen, dvs. vi får dannet en viss mengde H₂CO₃, og da går mesteparten over til CO₂ og vann. Det beste svaret jeg kan komme med nå, er egentlig at dette rett og slett er en karakteristisk reaksjon for CO₂, dvs. en egenskap gassen har. (Jeg kunne vel like gjerne sagt at "det er bare sånn det er", for det er det - erfaring viser at det er slik det skjer.)

 

Når du har vært borti slike oppgaver en del ganger, blir du i det minste vant til at karbonat- og hydrogenkarbonatsalter løst i syre gir utvikling av CO₂, men det er selvsagt frustrerende å ikke vite alt om hvorfor det er slik.

 

Red.: Et lite tillegg for å (muligens) oppsummere litt: når vi har karbonsyre i vann (eller når vi løser opp karbondioksid i vann), så er følgende likevekt innstilt mellom karbondioksid og karbonsyre:

 

CO₂(aq) + H₂O = H₂CO₃(aq)

 

Denne likevekten har naturlig nok en eller annen likevektskonstant, og vi vet at den er ganske liten siden det er under 1 % av CO₂-en som finnes som H₂CO₃. Når du da starter med et karbonatsalt og løser det i syre, får du dannet forholdsvis mye H₂CO₃, og da vil reaksjonen gå mot venstre for å gjenopprette likevekt (Le Châteliers prinsipp). Så hvis du først aksepterer at likevektskonstanten er som den er, så er det greit nok å se hvorfor det dannes CO₂-gass.

Endret 26. november 2008 av TwinMOS

[duperjulie]

Ok. Nå skjønner jeg det=) bare trodde det var en eller annen bisarr forklaring som boka hadde utelatt (de forklarer veldig løst noen ganger, uten å gå inn på detaljer, og jeg føler alltid at jeg må vite alle detaljer).

 

Men tusen takk=) Du har jammenmeg peiling

 

(det var forresten ikke meningen å starte en helt ny tråd med dette innlegget, trodde jeg a det inn under kjemitråden, men det gjorde jeg visst ikke..)

[GeO]

Alt i orden. Ønsker deg lykke til med tentamen

 

Når det gjelder dette med å forstå alle detaljer, så er jeg helt enig - det finnes ikke noe mer frustrerende enn å få beskjed om at man "bare må akseptere" at noe er som det er, og dermed bli snytt for en komplett forklaring og en fullstendig forståelse. Men kjemi er et fag der en komplett forståelse krever omfattende kunnskap, så ting forenkles veldig mye i starten, og så går man dypere og dypere inn i stoffet etter hvert. En god grunn til å fortsette med kjemi, med andre ord ...

[duperjulie]

Aha... ja jeg har litt lyst til å studere energi og miljø på NTNU, og der er det en del kjemi. Du studerer kjemi eller? Virker ihvertfall som om du har mye kunnskap!

 

Det jeg synes er litt dumt med kjemi, er at det er så vanvittig mye å holde styr på. Liksom så mange reaksjonstyper å huske, hvilke stoffer som har hvilke karakteristiske egenskaper osv osv. Og jeg er litt surrete, så det går litt i ball noen ganger:P

 

så hvis du har noen gode tips til å få kunnskapen på plass tar jeg gjerne imot;) Og jeg kommer sikkert til å søke hjelp her senere, når det finnes så gode hjelpere rundt om kring=)

[GeO]

Jeg studerer kjemi på NTNU, så det er bare å spørre (kanskje best å sende PM) hvis du lurer på noe som har med det å gjøre.

 

Ellers er jo kjemi i stor grad et modningsfag - det kan virke veldig forvirrende og rotete i begynnelsen, og til slutt faller ting (forhåpentligvis) mer på plass. Men det er vel kanskje ikke så enkelt å gi helt generelle tips om det å lære kjemi ...

[duperjulie]

Jepp, det skal jeg gjøre vettu;)

 

Nå har jeg hatt tentamen=) Bortsett fra at det var altfor mye å gjøre, tror jeg det gikk ganske greit. Fikk faktisk en oppgave der man blandt annet skulle forklare hvorfor det ble dannet CO2-gass når man løste NaHCO3 i vann, og da fikk jeg jo bruk for forklaringen jeg fikk av deg=) Så det kom godt med!