De sterkte van zuren en basen: de zuur- en baseconstante

De sterkte van zuren en basen: de zuur- en baseconstante Niet alle zuren vertonen dezelfde neiging om protonen af te geven en niet alle basen vertonen dezelfde neiging om protonen op te nemen. De sterkte van een zuur en een base kan worden afgeleid uit de evenwichtsconstante van de zuur-basereactie tussen het zuur en de base met water. Deze evenwichtsconstanten worden de zuur- en baseconstanten genoemd. Een sterk zuur en een sterke base worden gekarakteriseerd door een respectievelijk hoge zuur- en baseconstante.

Het chemisch gedrag van zuren en basen

Zuren geven protonen af en basen nemen protonen op. Opdat een zuur een proton zou kunnen afgeven, moet er een base in de buurt zijn om dat proton op te nemen.

Zuur (HX): HX ↔ H+ + X-
Voorbeeld: HCl (zoutzuur) ↔ H+ + Cl-

Base (Y-): Y- + H+ ↔ HY
Voorbeeld: NH3 (ammoniak) + H+ ↔ NH4 +

Zuur-basereactie: HX + Y- ↔ X- + HY
Voorbeeld: HCl + NH3 ↔ Cl- + NH4 +

Geconjugeerde zuren en basen

Met elk zuur correspondeert een geconjugeerde base en met elke base correspondeert een geconjugeerd zuur.

Wanneer een zuur een proton afgeeft, wordt het omgezet in zijn geconjugeerde base. Voorbeeld: H2SO4 ↔ H+ + HSO4-. HSO4- is de geconjugeerde base van H2SO4.

Wanneer een base een proton opneemt, wordt het omgezet in zijn geconjugeerd zuur. Voorbeeld: NaOH + H+ ↔ Na+(H2O). Na+(H2O) is het geconjugeerde zuur van NaOH.

Algemeen
De geconjugeerde base (B) van een zuur (A) heeft 1 proton minder dan dat zuur.
B = A H+

Het geconjugeerd zuur (A) van een base (B) heeft 1 proton meer dan deze base.
A = B + H+

Polyprotische zuren
Zwavelzuur (H2SO4) kan twee protonen afgeven. Je kan hiervoor dus twee reacties schrijven.
  • H2SO4 ↔ H+ + HSO4-
  • HSO4- ↔ H+ + SO42-

In de eerste reactie is HSO4- de geconjugeerde base van zwavelzuur en in de tweede reactie is HSO4- het geconjugeerde zuur van SO42-. HSO4- kan dus optreden als zuur en als base. Zulke stof wordt ook een amfolyt genoemd.

Water, een amfolyt

Indien een zuur wordt opgelost in water kan water optreden als base. Wanneer een base wordt opgelost in water, kan water optreden als zuur.
  • Voorbeeld 1: reactie met een zuur (salpeterzuur): HNO3 + H2O ↔ NO3- + H3O+
  • Voorbeeld 2: reactie met een base (kaliloog): KOH + H2O ↔ K+(H2O) + OH-

Protolysereacties

Protolysereacties zijn reacties waarbij protonen worden uitgewisseld tussen zuren en basen. Om de algemene protolysereactie van een bepaald zuur of een bepaalde base te schrijven, wordt water gekozen als de stof waarmee het zuur of de base reageert.

De protolysereactie van een zuur (A)

A + H2O ↔ B + H3O+

Je kan de protolysereactie ook schrijven zonder vermelding van water.
A ↔ H+ + B

De protolysereactie van een base (B)

B + H2O ↔ A + OH-

Je kan ook hier de protolysereactie ook schrijven zonder vermelding van water.
B ↔ OH- + A

Zuur(Ka of Kz)- en baseconstanten(Kb)

De zuurconstante

Een zuurconstante kan voorgesteld worden met het symbool Kz (z = zuur) en met het symbool Ka (a = acid).

Voor de protolysereactie van een zuur (A) kan volgende evenwichtsconstante worden geschreven.
Kz = (cH3O+ × cB)/cA = (cH+ . cB)/cA

Bij een oplossing van een sterk zuur zullen (bijna) alle zuurmoleculen een proton afgeven. De evenwichtsconcentratie aan H+ en B is dus hoog. Een sterk zuur heeft dus een hoge zuurconstante Kz. Men stelt dat een sterk zuur gekarakteriseerd wordt door een Kz > 103.

Bij een oplossing van een zwak zuur zal een groot deel van de zuurmoleculen zijn proton niet afgeven. Een zwak zuur wordt dus gekenmerkt door een lage Kz. Men stelt voor een zwak zuur dat Kz <10-3.

De baseconstante

Voor de protolysereactie van een base (B) kan volgende evenwichtsconstante worden geschreven.
Kb = (cOH- × cA)/cB

Bij een oplossing van een sterke base zullen (bijna) alle basemoleculen een proton opnemen. De evenwichtsconcentratie aan OH- en A is dus hoog. Een sterke base heeft dus een hoge baseconstante Kb. Men stelt dat een sterke base gekarakteriseerd wordt door een Kb > 103.

In een oplossing van een zwakke base zal een groot deel van de basemoleculen geen proton opnemen. Een zwakke base wordt gekenmerkt door een lage Kb. Men stelt voor een zwakke base dat Kb <10-3.

Verband tussen de Kz en de Kb van een geconjugeerd systeem

Stel het koppel A/B waarbij A het geconjugeerde zuur is van B en B de geconjugeerde base is van A. We kunnen voor beide stoffen de protolysereactie met water schrijven.

A + H2O ↔ B + H3O+
Voor het zuur van het koppel kan volgende zuurconstante worden geschreven.
Kz = (cB × cH3O+)/cA

B+ H2O ↔ A + OH-
Voor de base van het koppel kan de baseconstante worden geschreven
Kb = (cA × cOH-)/cB

Indien de zuurconstante en de baseconstante van dit koppel met elkaar worden vermenigvuldigd, verkrijgt men de waterconstante.
Kz.Kb = ((cB × cH3O+)/cA)×((cA × cOH-)/cB) = cH3O+ × cOH- = 10-14

Uit de zuurconstante van een zuur kan dus de baseconstante van de geconjugeerde base worden berekend en omgekeerd.
  • Kz = 10-14/Kb
  • Kb = 10-14/Kz

pKz en pKz

De p wordt algemeen gebruikt om een negatief logaritme te nemen (-log).
  • pKz = -log Kz
  • pKb = -log Kb

Met Kz × Kb = 10-14
  • -log(Kz × Kb) = -log(10-14)
  • -log Kz + (-log Kb) = 14
  • pKz + pKb = 14

Uit de pKz van een zuur kan dus de pKb van de geconjugeerde base worden berekend en omgekeerd.
  • pKz = 14 - pKb
  • pKb = 14 - pKz

Overzichtstabel van geconjugeerde systemen

Bovenaan in de tabel staan de sterkste zuren. Hun geconjugeerde basen zijn uiterst zwak. Onderaan vind je de sterkste basen met hun uiterst zwakke geconjugeerde zuren.

Het amfolytkarakter van water komt in de tabel tot uiting daar het twee keer voorkomt in de tabel (de twee grijze balken).
  • H3O+ / H2O: In dit koppel is water de base en H3O+ zijn geconjugeerde zuur. De basen die hier boven water staan, zijn zwakkere basen dan water
  • H2O / OH-: In dit koppel is water het zuur met OH- zijn geconjugeerde base. De zuren die hier onder water staan, zijn zwakkere zuren dan water.

Zuren en basen zullen sowieso met elkaar reageren indien het betrokken zuur hoger in de tabel staat dan de betrokken base. Hoe verder deze zuren en basen in de tabel van elkaar verwijderd zijn, hoe beter de zuur-basereactie zal opgaan.
Indien een zuur lager in de tabel staat dan de base waarmee het wordt samengevoegd, zal de reactie slechts opgaan indien de afstand in de tabel niet te groot is. Deze zuur-basereacties zullen sowieso evenwichtsreacties zijn en dus nooit volledig aflopend zijn.

Stel 2 geconjugeerde systemen: Z1/B1 en Z2/B2. Op basis van de zuurconstanten van Z1 (Kz1) en Z2 (Kz2) kan worden voorspeld hoe volgende reactie zal verlopen.
Z1 + B2 ↔ B1 + Z2
  • Indien Kz1 / Kz2 > 103: De reactie zal aflopend zijn.
  • Indien 10-3 < Kz1 / Kz2 < 103: Er zal zich een evenwicht instellen.
  • Indien Kz1 / Kz2 < 10-3: Er zal zich geen reactie voordoen.

(geconjugeerd) zuurKz pKz (geconjugeerde) baseKb pKb Protolysereactie
HI1.1011 -11I-1.10-25 25HI ↔ H+ + I-
HBr1.109 -9Br- 1.10-23 23HBr ↔ H+ + Br-
HClO4 1.108 -8ClO4- 1.10-22 22HClO4 ↔ H+ + ClO4-
HCl1.107 -7Cl- 1.10-21 21HCl ↔ H+ + Cl-
H2SeO4 1.103 -3HSeO4- 1.10-21 21H2SeO4 ↔ H+ + HSeO4-
H2SO4 1.103 -3HSO4- 1.10-21 21H2SO4 ↔ H+ + HSO4-
HMnO4 2.103 -2.3MnO4- 5.10-17 16.3HMnO4 ↔ H+ + MnO4-
H3O+ 5,5.10-1.74H2O1,8.10-16 15.74H3O+ ↔ H+ + H2O
HNO3 4,4.10-1.64NO3- 2,3.10-16 15.64HNO3 ↔ H+ + NO3-
H2CrO4 10-1HCrO4- 1.10-15 15H2CrO4 ↔ H+ + HCrO4-
HClO3 10-1ClO3- 1.10-15 15HClO3 ↔ H+ + ClO3-
Fe3CCOOH5,9.10-1 0.23Fe3CCOO- 1,7.10-14 13.77Fe3CCOOH ↔ H+ + Fe3CCOO-
Cl3CCOOH2.10-1 0.7Cl3CCOO- 5.10-14 13.3Cl3CCOOH ↔ H+ + Cl3CCOO-
HIO3 1,6.10-1 0.8IO3- 6,3.10-14 13.2HIO3 ↔ H+ + IO3-
H4P2O7 1,4.10-1 0.85H3P2O7- 7,1.10-14 13.15H4P2O7 ↔ H+ + H3P2O7-
H3PO2 7,9.10-2 1.1H2PO2- 1,3.10-13 12.9H3PO2 ↔ H+ + H2PO2-
HOOCCOOH6,3.10-2 1.2HOOCCOO- 1,6.10-13 12.8HOOCCOOH ↔ H+ + HOOCCOO-[/SUP]
Cl2CHCOOH5,6.10-2 1.25Cl2CHCOO-1,8.10-13 12.75Cl2CHCOOH ↔ H+ + Cl2CHCOO-
H2SO3 1,6.10-2 1.8HSO3- 6,3.10-13 12.2H2SO3 ↔ H+ + HSO3-
HSO4- 1,2.10-2 1.92SO42- 8,3.10-13 12.08HSO4- ↔ H+ + SO42-
H3PO3 1.10-2 2.0H2PO3- 1.10-12 12.0H3PO3 ↔ H+ + H2PO3-
HClO2 1.10-2 2.0ClO2- 1.10-12 12.0HClO2 ↔ H+ + ClO2-
H3PO4 7,9.10-3 2.1H2PO4- 1,3.10-12 11.9H3PO4 ↔ H+ + H2PO4-
H3AsO4 6,3.10-3 2.2H2AsO4- 1,6.10-12 11.8H3AsO4 ↔ H+ + H2AsO4-
ClCH2COOH1,3.10-3 2.9ClCH2COO- 7,9.10-12 11.1ClCH2COOH ↔ H+ + ClCH2COO-
H2Te1.10-3 3.0HTe- 1.10-11 11.0H2Te ↔ H+ + HTe-
Fe(H2O)63+ 7,9.10-4 3.1Fe(H2O)5(OH)2+ 1,3.10-11 10.9Fe(H2O)63+ ↔ H+ + Fe(H2O)5(OH)2+
HNO2 4.10-4 3.4NO2- 2,5.10-11 10.6HNO2 ↔ H+ + NO2-
HF3,5.10-4 3.45F-3,5.10-11 10.45HF ↔ H+ + F-
HCOOH1,6.10-4 3.8HCOO- 6,3.10-11 10.2HCOOH ↔ H+ + HCOO-
HOCN1,3.10-4 3.9OCN- 7,9.10-11 10.1HOCN ↔ H+ + OCN-
H2Se1.10-4 4.0HSe- 1.10-10 10.0H2Se ↔ H+ + HSe-
C6H5COOH6,3.10-5 4.2C6H5COO- 1,6.10-10 9.8C6H5COOH ↔ H+ + C6H5COO-
HOOCCOO- 5.10-5 4.3OOCCOO2- .10-10 9.7HOOCCOO- ↔ H+ + OOCCOO2-
HOCl3.10-5 4.53OCl-3,4.10-10 9.47HOCl ↔ H+ + OCl-
C6H5NH3+ 2,5.10-5 4.6C6H5NH2 4.10-10 9.4C6H5NH3+ ↔ H+ + C6H5NH2
HN3 2.10-5 4.7N3- 5.10-10 9.3HN3 ↔ H+ + N3-
CH3COOH1,8.10-5 4.75CH3COO- 5,6.10-10 9.25CH3COOH ↔ H+ + CH3COO-
CH3CH2COOH1,3.10-5 4.9CH3CH2COO- 7,9.10-10 9.1CH3CH2COOH ↔ H+ + CH3CH2COO-
Al(H2O)63+ 1.10-5 5.0Al(H2O)5(OH)2+ 1.10-9 9.0Al(H2O)63+ ↔ H+ + Al(H2O)5(OH)2+
C5H5NH+ 5,6.10-6 5.25C5H5N2.10-9 8.75C5H5NH+ ↔ H+ + C5H5N
NH3OH+ 1.10-6 6.0NH2OH3,4.10-10 9.47NH3OH+ ↔ H+ + NH2OH
H2PO3- 6,3.10-7 6.2HPO32- 1,6.10-8 7.8H2PO3- ↔ H+ + HPO32-
H2CO3 4.10-7 6.4HCO3- 2,5.10-8 7.6H2CO3 ↔ H+ + HCO3-
HCrO4- 3,2.10-7 6.5CrO42- 3,2.10-8 7.5HCrO4- ↔ H+ + CrO42-
H2P2O7- 2,5.10-7 6.6HP2O72- 4.10-8 7.4H2P2O7- ↔ H+ + HP2O72-
H2AsO4- 1,7.10-7 6.77HAsO42- 5,9.10-8 7.23H2AsO4- ↔ H+ + HAsO42-
H2S1.10-7 7.0HS- 1.10-7 7.0H2S ↔ H+ + HS-
H2PO4- 6,3.10-8 7.2HPO4- 1,6.10-7 6.8H2PO4- ↔ H+ + HPO42-
HSO3- 6,3.10-8 7.2SO32- 1,6.10-7 6.8HSO3- ↔ H+ + SO32-
HBrO2.10-9 8.7BrO- 5.10-6 5.3HBrO ↔ H+ + BrO-
H3BrO3 7,2.10-10 9.14H2BrO3- 1,4.10-5 4.86H3BrO3 ↔ H+ + H2BrO3-
H3AsO3 5,9.10-10 9.23H2AsO3- 1,7.10-5 4.77H3AsO3 ↔ H+ + H2AsO3-
NH4+ 5,6.10-10 9.25NH3 1,8.10-5 4.75NH[/SUB]4+ ↔ H+ + NH[SUB]3
HCN4,9.10-10 9.31CN- 2.10-5 4.69HCN ↔ H+ + CN-
HP2O[/SUB]73- 1,5.10-10 9.6P[SUB]2O74- 4.10-5 4.4HP2O73- ↔ H+ + P2O74-
H2SiO3 2.10-10 9.7HSiO3- 5.10-5 4.3H2SiO3 ↔ H+ + HSiO3-
C6H5OH1,3.10-10 9.89C6H5O- 7,8.10-5 4.11C6H5OH↔ H+ + C6H5O-
HCO3- 4.10-11 10.4CO32- 2,5.10-4 3.6HCO3- ↔ H+ + CO32-
HOI2,3.10-11 10.64IO- 4,4.10-4 3.36HOI ↔ H+ + IO-
CH3NH3+ 2.10-11 10.7CH3NH2 5.10-4 3.3CH3NH3+ ↔ H+ + CH3NH2
HAsO42- 2,5.10-12 11.6AsO43--4.10-3 2.4HAsO42- ↔ H+ + AsO43-
H2O2 2,5.10-12 11.6HO2- 4.10-3 2.4H2O2 ↔ H+ + HO2-
HS- 1,1.10-12 11.96S2- 9,1.10-3 2.04HS- ↔ H+ + S2-
HPO42- 2,1.10-13 12.67PO43- 4,7.10-2 1.33HPO42- ↔ H+ + PO43-
CH3CHO3,2.10-15 14.5CH2CHO- Kz-0.5CH3CHO ↔ H+ + CH2CHO-
CH3OH3,2.10-16 15.5CH3O- 3,2.10-1.5CH3OH ↔ H+ + CH3O-
H2O2.10-16 15.7OH- 5.10-1.7H2O ↔ H+ + OH-
CH3CH2OH1,3.10-16 15.9CH3CH2O- 7,9.10-1.9CH3CH2OH ↔ H+ + CH3CH2O-
HO2- 1.10-25 25O22- 1.1011 -11HO2- ↔ H+ + O22-
C3H3 1.10-25 25C3H2- 1.1011 -11C3H3 ↔ H+ + C3H2-
PH3 1.10-28 28PH2- 1.1014 -14PH3 ↔ H+ + PH2-
OH- 1.10-29 29O2- 1.1015 -15OH- ↔ H+ + O2-
NH3 1.10-35 35NH2- 1.1021 -21NH3 ↔ H+ + NH2-
© 2020 Guust2016, het auteursrecht (tenzij anders vermeld) van dit artikel ligt bij de infoteur. Zonder toestemming van de infoteur is vermenigvuldiging verboden.
Gerelateerde artikelen
Hoe stel ik een vergelijking op voor een zuur-basereactie?Hoe stel ik een vergelijking op voor een zuur-basereactie?Een zuur-basereactie is een reactie waarbij, zoals het woord eigenlijk al aanduidt, een zuur met een base reageert. Deze…
Van zuur naar neutraal naar basischVan zuur naar neutraal naar basischZuur-base reacties kom je eigenlijk overal wel tegen. Ze vinden zelfs in je eigen lichaam plaats. Het maagzuur moet wel…
Zuren basen en buffersZuren basen en buffersWat is zuur? Een granny smith is zuur maar hoe word die zure smaak veroorzaakt? En bestaat er ook zo iets als anti zuur?…
Titratiecurven in Excel: zwak zuur met sterke baseTitratiecurven in Excel: zwak zuur met sterke baseTitratiecurven geven een goed inzicht in de verandering van de pH tijdens de titratie. Rondom het equivalentiepunt treed…

Reducerende en niet-reducerende suikersReducerende en niet-reducerende suikersSuikers (sacchariden) zijn reducerend als ze als reductor kunnen optreden en zelf geoxideerd kunnen worden. Een reducere…
De pH en de pOH van een oplossingDe pH en de pOH van een oplossingDe pH of zuurtegraad van een oplossing geeft aan hoe zuur of hoe basisch een oplossing is. Vaak wordt een schaal van 1 t…
Bronnen en referenties
  • Inleidingsfoto: Wuestenigel, Flickr (CC BY-2.0)
  • Analytische scheikunde 1 (Biermans, Pyra en Schuyten)
  • Fundamentele begrippen van algemene chemie (K. Bruggemans en Y. Herzog)

Reageer op het artikel "De sterkte van zuren en basen: de zuur- en baseconstante"

Plaats als eerste een reactie, vraag of opmerking bij dit artikel. Reacties moeten voldoen aan de huisregels van InfoNu.
Meld mij aan voor de tweewekelijkse InfoNu nieuwsbrief
Ik ga akkoord met de privacyverklaring en ben bekend met de inhoud hiervan
Infoteur: Guust2016
Laatste update: 09-07-2020
Rubriek: Wetenschap
Subrubriek: Scheikunde
Bronnen en referenties: 3
Schrijf mee!