Tilbake
4.1
Syre-base-teori

4.1 Syre-base-teori

Alle fag for VG3

Brønsted-Lowrys teori, konjugerte syre-basepar, amfotere stoffer, Ka og pKa.

60 min
16 oppgaver
Brønsted-Lowrys teoriKonjugerte syre-baseparAmfotere stofferStyrke vs. konsentrasjonKa og pKa
Du leser den tradisjonelle versjonen
Din fremgang i kapitlet
0 / 16 oppgaver
Kapitlets plass i kurset
Brukes videre i
4.2pH og pOH

Brønsted-Lowrys syre-base-teori

I 1923 utvikla den danske kjemikaren Johannes Nicolaus Brønsted og den engelske kjemikaren Thomas Martin Lowry uavhengig av kvarandre ein moderne definisjon av syrer og basar.

Definisjon

Brønsted-Lowry-definisjonen:

Syre: Eit stoff som kan gje frå seg eit proton (H⁺)
- Også kalla protondonor
- Døme: HCl, CH₃COOH, H₂SO₄

Base: Eit stoff som kan ta opp eit proton (H⁺)
- Også kalla protonakseptor
- Døme: OH⁻, NH₃, H₂O

Viktig innsikt:
Syrer og basar blir definerte ut frå evna deira til å overføre proton, ikkje ut frå den kjemiske samansetjinga.

Generell syre-base-reaksjon

HA+B⇌A−+BH+\text{HA} + \text{B} \rightleftharpoons \text{A}^- + \text{BH}^+

- HA = syre (gjev frå seg H⁺)
- B = base (tek opp H⁺)
- A⁻ = konjugert base til HA
- BH⁺ = konjugert syre til B

Døme: Saltsyre i vatn

HCl+H2O→Cl−+H3O+\text{HCl} + \text{H}_2\text{O} \to \text{Cl}^- + \text{H}_3\text{O}^+

- HCl er syre (gjev frå seg H⁺)
- H₂O er base (tek opp H⁺)
- Cl⁻ er konjugert base til HCl
- H₃O⁺ (hydroniumion) er konjugert syre til H₂O

Konjugerte syre-basepar
Konjugerte syre-basepar er to stoff som skil seg frå kvarandre med eitt proton (H⁺).

Døme:

SyreKonjugert base
HClCl⁻
CH₃COOHCH₃COO⁻
H₂SO₄HSO₄⁻
HSO₄⁻SO₄²⁻
H₃O⁺H₂O
H₂OOH⁻
NH₄⁺NH₃

Merk:
- Sterke syrer har svake konjugerte basar
- Svake syrer har sterkare konjugerte basar
✏️Døme 1: Identifisere syrer, basar og konjugerte par
For reaksjonen:

NH3+H2O⇌NH4++OH−\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{OH}^-

a) Identifiser syra og basen i framoverreaksjonen
b) Identifiser dei to konjugerte syre-basepara

Løysing:

a) Syre og base i framoverreaksjonen:

Framoverreaksjon: NH₃ + H₂O → NH₄⁺ + OH⁻

- H₂O gjev frå seg H⁺ → syre
- NH₃ tek opp H⁺ → base

b) Konjugerte syre-basepar:

Par 1: H₂O / OH⁻
- H₂O er syra
- OH⁻ er den konjugerte basen (H₂O mista H⁺)

Par 2: NH₄⁺ / NH₃
- NH₄⁺ er syra (konjugert syre til NH₃)
- NH₃ er basen

Illustrasjon:


Syre₁ Base₂ Base₁ Syre₂
H₂O + NH₃ ⇌ OH⁻ + NH₄⁺
↑ ↑ ↑ ↑
└────────┼─────────┘ │
└──────────────────┘
Par 1 Par 2

Amfotere stoff

Nokre stoff kan opptre både som syre og base, avhengig av kva reaktant dei møter. Slike stoff blir kalla amfotere eller amfolyttar.

Vatn som amfoter substans

Vatn er det viktigaste amfotere stoffet:

Vatn som base (tek opp H⁺):
HCl+H2O→Cl−+H3O+\text{HCl} + \text{H}_2\text{O} \to \text{Cl}^- + \text{H}_3\text{O}^+

Vatn som syre (gjev frå seg H⁺):
NH3+H2O⇌NH4++OH−\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{OH}^-

Andre amfotere stoff

HSO₄⁻ (hydrogensulfat)

Som syre:
HSO4−+H2O⇌SO42−+H3O+\text{HSO}_4^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{SO}_4^{2-} + \text{H}_3\text{O}^+

Som base:
HSO4−+H3O+→H2SO4+H2O\text{HSO}_4^- + \text{H}_3\text{O}^+ \to \text{H}_2\text{SO}_4 + \text{H}_2\text{O}

HCO₃⁻ (hydrogenkarbonat)

Som syre:
HCO3−+OH−⇌CO32−+H2O\text{HCO}_3^- + \text{OH}^- \rightleftharpoons \text{CO}_3^{2-} + \text{H}_2\text{O}

Som base:
HCO3−+H3O+⇌H2CO3+H2O\text{HCO}_3^- + \text{H}_3\text{O}^+ \rightleftharpoons \text{H}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{O}

HPO₄²⁻ (hydrogenfosfat)

Som syre:
HPO42−+H2O⇌PO43−+H3O+\text{HPO}_4^{2-} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{PO}_4^{3-} + \text{H}_3\text{O}^+

Som base:
HPO42−+H3O+⇌H2PO4−+H2O\text{HPO}_4^{2-} + \text{H}_3\text{O}^+ \rightleftharpoons \text{H}_2\text{PO}_4^- + \text{H}_2\text{O}

Fellesnemnar for amfotere stoff:
Dei har minst eitt proton dei kan gje frå seg, og minst eitt fritt elektronpar dei kan bruke til å ta opp eit proton.

✏️Døme 2: Amfotere stoff

Vis korleis H₂PO₄⁻ (dihydrogenfosfat) kan opptre både som syre og base.

Skriv reaksjonslikningar for:
a) H₂PO₄⁻ som syre
b) H₂PO₄⁻ som base

Løysing:

a) H₂PO₄⁻ som syre (gjev frå seg H⁺):

H2PO4−+H2O⇌HPO42−+H3O+\text{H}_2\text{PO}_4^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{HPO}_4^{2-} + \text{H}_3\text{O}^+

- H₂PO₄⁻ gjev frå seg eit proton
- H₂O fungerer som base
- Dannar HPO₄²⁻ og H₃O⁺

b) H₂PO₄⁻ som base (tek opp H⁺):

H2PO4−+H3O+→H3PO4+H2O\text{H}_2\text{PO}_4^- + \text{H}_3\text{O}^+ \to \text{H}_3\text{PO}_4 + \text{H}_2\text{O}

- H₂PO₄⁻ tek opp eit proton
- H₃O⁺ fungerer som syre
- Dannar H₃PO₄ (fosforsyre)

Konklusjon:
H₂PO₄⁻ er amfoter fordi han både kan gje frå seg og ta opp proton.

Strukturell forklaring:
- H₂PO₄⁻ har to H-atom han kan gje frå seg
- H₂PO₄⁻ har frie elektronpar på oksygenatom som kan ta opp H⁺

Styrke vs konsentrasjon

Det er viktig å skilje mellom syrestyrke og syrekonsentrasjon:

Syrestyrke

Syrestyrke skildrar kor lett ei syre gjev frå seg proton:

Sterke syrer:
- Dissosierer fullstendig i vatn
- Likevekta ligg heilt til høgre
- Døme: HCl, HNO₃, H₂SO₄

HCl+H2O→Cl−+H3O+\text{HCl} + \text{H}_2\text{O} \to \text{Cl}^- + \text{H}_3\text{O}^+ (fullstendig)

Svake syrer:
- Dissosierer delvis i vatn
- Likevekta ligg til venstre
- Døme: CH₃COOH, HF, H₂CO₃

CH3COOH+H2O⇌CH3COO−+H3O+\text{CH}_3\text{COOH} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_3\text{O}^+ (delvis)

Syrekonsentrasjon

Syrekonsentrasjon skildrar kor mykje syre som er til stades:

- Blir målt i mol/L (M)
- Uavhengig av styrke
- Kan ha høg konsentrasjon av svak syre
- Kan ha låg konsentrasjon av sterk syre

Samanlikning

TypeStyrkeKonsentrasjonpHDøme
Konsentrert sterk syreStorHøgVeldig låg1 M HCl → pH ≈ 0
Fortynna sterk syreStorLågLåg0,001 M HCl → pH ≈ 3
Konsentrert svak syreLitenHøgMiddels1 M CH₃COOH → pH ≈ 2,4
Fortynna svak syreLitenLågHøg0,001 M CH₃COOH → pH ≈ 4

Viktig:
- Ei fortynna sterk syre kan ha høgare pH enn ei konsentrert svak syre
- Styrke seier noko om dissosiasjon
- Konsentrasjon seier noko om mengde
✏️Døme 3: Styrke vs konsentrasjon

Samanlikn følgjande to løysingar:

Løysing A: 0,1 M HCl (sterk syre)
Løysing B: 1,0 M CH₃COOH (svak syre, Ka = 1,8 × 10⁻⁵)

a) Kva løysing har høgast syrekonsentrasjon?
b) Kva løysing har høgast [H₃O⁺]?
c) Kva har lågast pH?

Løysing:

a) Høgast syrekonsentrasjon:

Løysing B (1,0 M) har høgast syrekonsentrasjon.
- Løysing A: 0,1 M
- Løysing B: 1,0 M

b) Høgast [H₃O⁺]:

Løysing A:
HCl er sterk syre → dissosierer fullstendig
[H3O+]=0,1 M[\text{H}_3\text{O}^+] = 0{,}1 \, \text{M}

Løysing B:
CH₃COOH er svak syre → dissosierer delvis
For svake syrer: [H3O+]=Ka⋅c[\text{H}_3\text{O}^+] = \sqrt{K_a \cdot c}

[H3O+]=(1,8×10−5)(1,0)=1,8×10−5[\text{H}_3\text{O}^+] = \sqrt{(1{,}8 \times 10^{-5})(1{,}0)} = \sqrt{1{,}8 \times 10^{-5}}

=4,2×10−3 M=0,0042 M= 4{,}2 \times 10^{-3} \, \text{M} = 0{,}0042 \, \text{M}

Konklusjon: Løysing A har høgast [H₃O⁺] (0,1 M vs 0,0042 M)

c) Lågast pH:

pHA=−log⁡(0,1)=1,0\text{pH}_A = -\log(0{,}1) = 1{,}0

pHB=−log⁡(0,0042)=2,4\text{pH}_B = -\log(0{,}0042) = 2{,}4

Løysing A har lågast pH.

Viktig innsikt:
Sjølv om løysing B har 10 gonger høgare syrekonsentrasjon, har løysing A lågare pH fordi HCl er ei sterk syre som dissosierer fullstendig.

Syrekonstanten Ka

For å kvantifisere kor sterk ei syre er, brukar vi syrekonstanten Ka (syre-likevektskonstant).

Definisjon

For ei generell svak syre HA:

HA+H2O⇌A−+H3O+\text{HA} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{A}^- + \text{H}_3\text{O}^+

Syrekonstanten Ka:

Ka=[A−][H3O+][HA]K_a = \frac{[\text{A}^-][\text{H}_3\text{O}^+]}{[\text{HA}]}

Merk:
- [H₂O] inngår ikkje i uttrykket (konstant for fortynna løysingar)
- Konsentrasjonane er likevektskonsentrasjonar
- Eininga til Ka er mol/L (M)

Tolking av Ka

Stor Ka-verdi (Ka > 1):
- Sterk syre
- Dissosierer mykje
- Likevekta ligg til høgre
- Mykje H₃O⁺ blir danna

Liten Ka-verdi (Ka < 1):
- Svak syre
- Dissosierer lite
- Likevekta ligg til venstre
- Lite H₃O⁺ blir danna

Storleiksorden for Ka

Ka-verdiSyrestyrkeDøme
> 1SterkHCl, HNO₃
10⁻² - 1Moderat svakH₃PO₄
10⁻⁵ - 10⁻²SvakCH₃COOH, HF
< 10⁻⁵Svært svakHCN, fenol

Døme:
- Eddiksyre (CH₃COOH): Ka = 1,8 × 10⁻⁵
- Flussyre (HF): Ka = 6,8 × 10⁻⁴
- Karbonsyre (H₂CO₃): Ka₁ = 4,3 × 10⁻⁷

pKa

I staden for å jobbe med svært små Ka-verdiar, brukar vi ofte pKa:

Definisjon

pKa=−log⁡Ka\text{pK}_a = -\log K_a

Ka=10−pKaK_a = 10^{-\text{pK}_a}

Relasjon til pH:
- pKa er definert analogt med pH = -log[H₃O⁺]
- pKa er eit mål på syrestyrke

Tolking av pKa

Liten pKa (pKa < 0):
- Stor Ka
- Sterk syre
- Dissosierer mykje

Stor pKa (pKa > 7):
- Liten Ka
- Svak syre
- Dissosierer lite

Samanheng mellom Ka og pKa

SyreKapKaStyrke
HCl~10⁶~-6Veldig sterk
HNO₃~10²~-2Sterk
HF6,8 × 10⁻⁴3,17Moderat svak
CH₃COOH1,8 × 10⁻⁵4,74Svak
HCN6,2 × 10⁻¹⁰9,21Svært svak
Fenol1,0 × 10⁻¹⁰10,0Svært svak

Viktig samanheng:
pKa+pKb=14,00\text{pK}_a + \text{pK}_b = 14{,}00 (ved 25°C)
der Kb er basekonstanten for den konjugerte basen.
## Tabell: Vanlege syrer og basar med Ka/pKa ### Sterke syrer (Ka >> 1, pKa < 0) | Syre | Formel | Ka | pKa | |------|--------|-----|------| | Perklorsyre | HClO₄ | ~10⁹ | ~-9 | | Saltsyre | HCl | ~10⁶ | ~-6 | | Svovelsyre (1. trinn) | H₂SO₄ | ~10³ | ~-3 | | Salpetersyre | HNO₃ | ~10² | ~-2 | | Hydronium | H₃O⁺ | 1 | 0 | ### Svake syrer (Ka < 1, pKa > 0) | Syre | Formel | Ka | pKa | |------|--------|-----|------| | Hydrogensulfat | HSO₄⁻ | 1,2 × 10⁻² | 1,92 | | Fosforsyre (1. trinn) | H₃PO₄ | 7,5 × 10⁻³ | 2,12 | | Flussyre | HF | 6,8 × 10⁻⁴ | 3,17 | | Eddiksyre | CH₃COOH | 1,8 × 10⁻⁵ | 4,74 | | Karbonsyre (1. trinn) | H₂CO₃ | 4,3 × 10⁻⁷ | 6,37 | | Hydrogensulfid (1. trinn) | H₂S | 1,0 × 10⁻⁷ | 7,0 | | Dihydrogenfosfat | H₂PO₄⁻ | 6,2 × 10⁻⁸ | 7,21 | | Ammoniumion | NH₄⁺ | 5,6 × 10⁻¹⁰ | 9,25 | | Cyanvatnstoff | HCN | 6,2 × 10⁻¹⁰ | 9,21 | | Fenol | C₆H₅OH | 1,0 × 10⁻¹⁰ | 10,0 | | Hydrogenkarbonat | HCO₃⁻ | 4,7 × 10⁻¹¹ | 10,33 | | Hydrogenfosfat | HPO₄²⁻ | 4,8 × 10⁻¹³ | 12,32 | | Vatn | H₂O | 1,0 × 10⁻¹⁴ | 14,0 | ### Sterke basar (Kb >> 1) | Base | Formel | Kb | pKb | |------|--------|-----|------| | Oksid | O²⁻ | ~10²³ | ~-23 | | Hydroksid | OH⁻ | ~10⁹ | ~-9 | | Amid | NH₂⁻ | ~10⁵ | ~-5 | ### Svake basar (Kb < 1) | Base | Formel | Kb | pKb | |------|--------|-----|------| | Ammoniakk | NH₃ | 1,8 × 10⁻⁵ | 4,75 | | Metylamin | CH₃NH₂ | 4,4 × 10⁻⁴ | 3,36 | | Karbonat | CO₃²⁻ | 2,1 × 10⁻⁴ | 3,67 | | Acetat | CH₃COO⁻ | 5,6 × 10⁻¹⁰ | 9,26 | **Merk:** pKa + pKb = 14,00 for konjugerte par ved 25°C
✏️Døme 4: Rekne ut Ka frå pKa

Eddiksyre (CH₃COOH) har pKa = 4,74 ved 25°C.

a) Rekn ut Ka for eddiksyre
b) Er eddiksyre ei sterk eller svak syre?
c) Kva er pKb for acetat-ion (CH₃COO⁻)?

Løysing:

a) Rekn ut Ka:

Ka=10−pKaK_a = 10^{-\text{pK}_a}

Ka=10−4,74K_a = 10^{-4{,}74}

Ka=1,82×10−5 MK_a = 1{,}82 \times 10^{-5} \, \text{M}

b) Styrke:

Ka = 1,82 × 10⁻⁵ << 1

Eddiksyre er ei svak syre.
- Dissosierer berre delvis i vatn
- Likevekta ligg til venstre
- Berre om lag 1,3% dissosierer i 1 M løysing

c) pKb for acetat:

For konjugerte par gjeld:

pKa+pKb=14,00\text{pK}_a + \text{pK}_b = 14{,}00

pKb=14,00−4,74=9,26\text{pK}_b = 14{,}00 - 4{,}74 = 9{,}26

Alternativt via Kb:

Kw=Ka⋅KbK_w = K_a \cdot K_b

Kb=KwKa=1,0×10−141,82×10−5K_b = \frac{K_w}{K_a} = \frac{1{,}0 \times 10^{-14}}{1{,}82 \times 10^{-5}}

=5,49×10−10 M= 5{,}49 \times 10^{-10} \, \text{M}

pKb=−log⁡(5,49×10−10)=9,26\text{pK}_b = -\log(5{,}49 \times 10^{-10}) = 9{,}26

Tolking:
Acetat er ein svak base (stor pKb).

📝Oppgave 4-1

Identifiser syra og basen i følgjande reaksjonar:

a

HNO₃ + H₂O → NO₃⁻ + H₃O⁺

b

NH₃ + HCl → NH₄⁺ + Cl⁻

c

H₂SO₄ + OH⁻ → HSO₄⁻ + H₂O

d

HCO₃⁻ + H₃O⁺ → H₂CO₃ + H₂O

Løs oppgavenTren
📝Oppgave 4-2

Kva er den konjugerte basen til følgjande syrer?

a

HCl

b

H₂SO₄

c

NH₄⁺

d

H₃O⁺

Løs oppgavenTren
📝Oppgave 4-3

Kva er den konjugerte syra til følgjande basar?

a

OH⁻

b

NH₃

c

CO₃²⁻

d

PO₄³⁻

Løs oppgavenTren
📝Oppgave 4-4

Identifiser dei to konjugerte syre-basepara i følgjande reaksjonar:

a

HF + H₂O ⇌ F⁻ + H₃O⁺

b

CH₃COOH + NH₃ ⇌ CH₃COO⁻ + NH₄⁺

c

HSO₄⁻ + OH⁻ ⇌ SO₄²⁻ + H₂O

Løs oppgavenTren
📝Oppgave 4-5

Vis korleis følgjande amfotere stoff kan reagere både som syre og base:

a

H₂O

b

HCO₃⁻

c

HSO₄⁻

Løs oppgavenTren
📝Oppgave 4-6

Rekn ut Ka frå gjeven pKa:

a

pKa = 3,75 (maursyre)

b

pKa = 9,25 (NH₄⁺)

c

pKa = 7,21 (H₂PO₄⁻)

Løs oppgavenTren
📝Oppgave 4-7

Rekn ut pKa frå gjeven Ka:

a

Ka = 6,8 × 10⁻⁴ (HF)

b

Ka = 4,3 × 10⁻⁷ (H₂CO₃)

c

Ka = 1,0 × 10⁻¹⁰ (fenol)

Løs oppgavenTren
📝Oppgave 4-8

Ranger følgjande syrer frå sterkast til svakast basert på pKa-verdiar:

a

HCN (pKa = 9,21), CH₃COOH (pKa = 4,74), HF (pKa = 3,17)

b

H₃PO₄ (pKa = 2,12), H₂PO₄⁻ (pKa = 7,21), HPO₄²⁻ (pKa = 12,32)

Løs oppgavenTren
📝Oppgave 4-9

Rekn ut pKb for dei konjugerte basane (bruk pKa + pKb = 14,00):

a

CH₃COOH (pKa = 4,74), finn pKb for CH₃COO⁻

b

NH₄⁺ (pKa = 9,25), finn pKb for NH₃

c

HCN (pKa = 9,21), finn pKb for CN⁻

Løs oppgavenTren
📝Oppgave 4-10

Skriv Ka-uttrykket for følgjande syrer:

a

HNO₂ (salpetersyrling)

b

H₂S (hydrogensulfid)

c

C₆H₅COOH (benzosyre)

Løs oppgavenTren
📝Oppgave 4-11

Eddiksyre (CH₃COOH) har Ka = 1,8 × 10⁻⁵. Kva er Ka for acetat-ion (CH₃COO⁻) dersom det opptrer som ein base?

Løs oppgavenTren
📝Oppgave 4-12

Kva løysing har høgast [H₃O⁺]: 0,1 M HCl eller 1,0 M CH₃COOH (Ka = 1,8 × 10⁻⁵)?

Løs oppgavenTren
📝Oppgave 4-13

Forklar skilnaden mellom konsentrasjon og styrke for syrer. Gje eit døme.

Løs oppgavenTren
📝Oppgave 4-14

Kva syre er sterkast: HF (Ka = 6,8 × 10⁻⁴) eller CH₃COOH (Ka = 1,8 × 10⁻⁵)? Grunngje.

Løs oppgavenTren
📝Oppgave 4-15

Gjeve at H₂CO₃ har pKa₁ = 6,37 og pKa₂ = 10,33. Forklar kva pKa₁ og pKa₂ representerer.

Løs oppgavenTren
📝Oppgave 4-16

Ammoniakk (NH₃) har Kb = 1,8 × 10⁻⁵. Rekn ut Ka for NH₄⁺ (ammoniumion).

Løs oppgavenTren

Dette kapitlet er skrevet av Anthropics toppmodeller (Claude Opus og Claude Fable) og er foreløpig ikke manuelt gjennomgått — kvalitetskontrollen gjøres av uavhengige KI-agenter, og innmeldte feil rettes fortløpende. Funnet en feil? Meld fra, så retter vi den. Les mer om hvordan innholdet lages.