Scheikunde blok 1
H1 Oxidatoren en reductoren
In de bodem spelen redoxprocessen een rol.
Oxideren -> reageren met zuurstof
Respiratie -> verbranding van suiker (in lichaam)
In een anaëroob milieu kan organische stof worden ‘verbrand’ voor energievoorziening met behulp
van bacteriën.
Redoxreactie -> reductor (donor, staat elektronen af) en oxidator (ontvanger, neemt elektronen op)
reageren met elkaar, elektronen worden overgedragen.
Wanneer een oxidator reageert en een elektron opneemt, wordt het een geconjugeerde reductor.
Wanneer een reductor reageert en een elektron afstaat, wordt het een geconjugeerde oxidator.
Oxidator en reductor kunnen alleen reageren wanneer de oxidator hoger dan de reductor staat in
tabel 48.
Om halfreacties op te stellen die niet in tabel 48 staan, moet vaak H 2O, H+ en e- worden toegevoegd.
Veel organische stoffen (met koolstof en waterstof) zijn reductoren, er ontstaat meestal CO 2.
Ionen die reageren in een redoxreactie, komen in praktijk nooit voor als vrije ionen.
Redoxpotentiaal -> potentiaalverschil (spanning) dat bij een redoxreactie ontstaat tussen de reductor
en oxidator => hoe sterker de oxidator, hoe positiever de redoxpotentiaal, hoe beter de reductor de
elektronen kan afstaan, hoe negatiever de redoxpotentiaal.
Door uitwisseling van ionen krijgen stoffen een negatieve of positieve elektrische lading. De spanning
tussen de stoffen wordt gemeten in Volt (V).
Door uitwisseling van elektronen (edele stoffen) krijgen stoffen een negatieve of positieve elektrische
spanning. Dit zorgt voor een hoog of laag redoxpotentiaal.
Er zijn vier verschillende methodes om de hoeveelheid organische stof in de bodem te meten:
1. Gloeiverliesmethode
Grondmonster wordt verbrand -> massa-afname wordt gemeten en gelijkgesteld aan de massa
organische stof (o.s. verbrandt tot CO2 en H2O).
Nadeel: bij andere grond dan puur zand zijn correcties nodig. Het sterk gebonden water aan klei
verdampt en aanwezig calciumcarbonaat (kalk) wordt meegenomen in de massa-afname.
2. Istscherekov-bepaling (natte oxidatie)
Bij monster gedroogde grond wordt bekende concentratie en hoeveelheid aangezuurd
permanganaat (MnO4-) in overmaat toegevoegd. Permanganaat is oxidator, organische stof de
reductor. MnO4- + 8 H+ + 5 e- -> Mn2+ + 4 H2O => verhouding 1:5
Daarna wordt bekende concentratie en hoeveelheid oxaalzuur (H 2C2O4) in overmaat toegevoegd.
Deze reductor reageert met het overgebleven permanganaat.
H2C2O4 -> 2 CO2 + 8 H+ + 5 e- => verhouding 1:2
Daarna wordt hoeveelheid overgebleven oxaalzuur bepaald door terugtitratie met dezelfde
permanganaat-oplossing (kleurloos -> paars). Door te berekenen hoeveel mol elektronen de
organische stof heeft afgegeven, kan hoeveelheid organische stof worden berekend.
Bekend is: - 1 mol C uit organische stof geeft gemiddeld 4 mol elektronen af
- organische stof bestaat voor 58 massa-% uit C
Permanganaat is niet sterk genoeg om alle organische stof te oxideren. Maar 70% van het werkelijke
organisch stofgehalte wordt bepaald. Dit moet worden gecorrigeerd bij berekening.
Lijnenschema:
, 3. Kurmies-bepaling
Gedroogd grondmonster wordt geoxideerd door overmaat dichromaat (Cr 2O72-) in zuur milieu.
Cr2O72- + 14 H+ + 6 e- -> 2 Cr3+ + 7 H2O => verhouding 1:6.
De overmaat dichromaat wordt weggenomen met een overmaat ijzer(II)sulfaatoplossing (Fe 2+ is
reductor, sulfaat speelt geen rol). Fe2+ -> Fe3+ + e- => verhouding 1:1.
Overmaat ijzer(II)sulfaat wordt getitreert met permanganaatoplossing (verhouding 1:5).
De hele bepaling wordt herhaald met een blanco (0% organische stof). De hoeveelheid titratie
permanganaat is bij blanco kleiner.
Lijnenschema:
4. TOC-methode
Organische stof wordt bepaald met behulp van TotalOrganicCarbon-apparatuur. Er vindt volledige
verbranding van organische stof plaats. De vrijgekomen CO 2 wordt spectrofotometrisch bepaald met
infrarood licht.
H2 Zuur-basereacties
Zuur-basereacties bepalen de beschikbaarheid van nutriënten in de bodem. In water is altijd een deel
van de moleculen afgesplitst in H+ en OH-. Zure oplossing: H+ > OH-, basische oplossing: H+ < OH-.
Zuur: stof/deeltje dat een H+-ion kan afstaan.
Base: stof/deeltje dat een H+-ion kan opnemen.
Bij een sterk zuur of sterke base verloopt een volledige reactie.
Bij een zwak zuur of zwakke base verloopt een evenwichtsreactie.
[ C ]∗[D ]
Voor elke evenwichtsreactie geldt een evenwichtsvoorwaarde: K z = (= concentratiebreuk)
[ A ]∗[ B]
A(aq) + B(aq) C(aq) + D (aq).
Bij sterke zuren is er geen sprake van een evenwichtsconstante (K z >> 1)
Zuurrest-ion -> het ion dat overblijft als het zuur een H +-ion heeft afgestaan.
Zuurconstante Kz: CH3COOH (aq) H+ (aq) + CH3COO- (aq) => Kz = ¿ ¿
-
Baseconstante Kb: CH3COO (aq) + H2O (l) CH3COOH (aq) + OH (aq)-
=> Kb = [ CH 3 COOH ]∗¿ ¿
[H2O] is vrijwel altijd constant en wordt buiten beschouwing gehouden.
Meerwaardige zuren -> zuren die meer dan één H + kunnen afgeven. De ionisatie van het zuur gebeurt
in stappen. De bijdrage van de tweede (en derde) stap in de ionisatie is te verwaarlozen omdat de
zuurconstante van die stappen veel kleiner is dan de zuurconstante van de eerste stap.
pH = -log[H+] [H+] = 10-pH pH + pOH = 14,00
pOH = -log[OH-] [OH-] = 10-pOH
Berekenen van pH van een sterk zuur:
Concentratie H+ berekenen door reactievergelijking op te stellen.
Berekenen van pH van een zwak zuur:
BOE-schema opstellen en beginsituatie invullen. Eindsituatie invullen in de evenwichtsvoorwaarde.
De waarde van x kan worden uitgerekend met de ABC-formule, maar kan worden vereenvoudigd
door de waarde van x in de noemer te verwaarlozen.
Dit mag wanneer: (waarde van x)/(beginwaarde) x 100% = < 10% (onder HF in tabel 49).
H1 Oxidatoren en reductoren
In de bodem spelen redoxprocessen een rol.
Oxideren -> reageren met zuurstof
Respiratie -> verbranding van suiker (in lichaam)
In een anaëroob milieu kan organische stof worden ‘verbrand’ voor energievoorziening met behulp
van bacteriën.
Redoxreactie -> reductor (donor, staat elektronen af) en oxidator (ontvanger, neemt elektronen op)
reageren met elkaar, elektronen worden overgedragen.
Wanneer een oxidator reageert en een elektron opneemt, wordt het een geconjugeerde reductor.
Wanneer een reductor reageert en een elektron afstaat, wordt het een geconjugeerde oxidator.
Oxidator en reductor kunnen alleen reageren wanneer de oxidator hoger dan de reductor staat in
tabel 48.
Om halfreacties op te stellen die niet in tabel 48 staan, moet vaak H 2O, H+ en e- worden toegevoegd.
Veel organische stoffen (met koolstof en waterstof) zijn reductoren, er ontstaat meestal CO 2.
Ionen die reageren in een redoxreactie, komen in praktijk nooit voor als vrije ionen.
Redoxpotentiaal -> potentiaalverschil (spanning) dat bij een redoxreactie ontstaat tussen de reductor
en oxidator => hoe sterker de oxidator, hoe positiever de redoxpotentiaal, hoe beter de reductor de
elektronen kan afstaan, hoe negatiever de redoxpotentiaal.
Door uitwisseling van ionen krijgen stoffen een negatieve of positieve elektrische lading. De spanning
tussen de stoffen wordt gemeten in Volt (V).
Door uitwisseling van elektronen (edele stoffen) krijgen stoffen een negatieve of positieve elektrische
spanning. Dit zorgt voor een hoog of laag redoxpotentiaal.
Er zijn vier verschillende methodes om de hoeveelheid organische stof in de bodem te meten:
1. Gloeiverliesmethode
Grondmonster wordt verbrand -> massa-afname wordt gemeten en gelijkgesteld aan de massa
organische stof (o.s. verbrandt tot CO2 en H2O).
Nadeel: bij andere grond dan puur zand zijn correcties nodig. Het sterk gebonden water aan klei
verdampt en aanwezig calciumcarbonaat (kalk) wordt meegenomen in de massa-afname.
2. Istscherekov-bepaling (natte oxidatie)
Bij monster gedroogde grond wordt bekende concentratie en hoeveelheid aangezuurd
permanganaat (MnO4-) in overmaat toegevoegd. Permanganaat is oxidator, organische stof de
reductor. MnO4- + 8 H+ + 5 e- -> Mn2+ + 4 H2O => verhouding 1:5
Daarna wordt bekende concentratie en hoeveelheid oxaalzuur (H 2C2O4) in overmaat toegevoegd.
Deze reductor reageert met het overgebleven permanganaat.
H2C2O4 -> 2 CO2 + 8 H+ + 5 e- => verhouding 1:2
Daarna wordt hoeveelheid overgebleven oxaalzuur bepaald door terugtitratie met dezelfde
permanganaat-oplossing (kleurloos -> paars). Door te berekenen hoeveel mol elektronen de
organische stof heeft afgegeven, kan hoeveelheid organische stof worden berekend.
Bekend is: - 1 mol C uit organische stof geeft gemiddeld 4 mol elektronen af
- organische stof bestaat voor 58 massa-% uit C
Permanganaat is niet sterk genoeg om alle organische stof te oxideren. Maar 70% van het werkelijke
organisch stofgehalte wordt bepaald. Dit moet worden gecorrigeerd bij berekening.
Lijnenschema:
, 3. Kurmies-bepaling
Gedroogd grondmonster wordt geoxideerd door overmaat dichromaat (Cr 2O72-) in zuur milieu.
Cr2O72- + 14 H+ + 6 e- -> 2 Cr3+ + 7 H2O => verhouding 1:6.
De overmaat dichromaat wordt weggenomen met een overmaat ijzer(II)sulfaatoplossing (Fe 2+ is
reductor, sulfaat speelt geen rol). Fe2+ -> Fe3+ + e- => verhouding 1:1.
Overmaat ijzer(II)sulfaat wordt getitreert met permanganaatoplossing (verhouding 1:5).
De hele bepaling wordt herhaald met een blanco (0% organische stof). De hoeveelheid titratie
permanganaat is bij blanco kleiner.
Lijnenschema:
4. TOC-methode
Organische stof wordt bepaald met behulp van TotalOrganicCarbon-apparatuur. Er vindt volledige
verbranding van organische stof plaats. De vrijgekomen CO 2 wordt spectrofotometrisch bepaald met
infrarood licht.
H2 Zuur-basereacties
Zuur-basereacties bepalen de beschikbaarheid van nutriënten in de bodem. In water is altijd een deel
van de moleculen afgesplitst in H+ en OH-. Zure oplossing: H+ > OH-, basische oplossing: H+ < OH-.
Zuur: stof/deeltje dat een H+-ion kan afstaan.
Base: stof/deeltje dat een H+-ion kan opnemen.
Bij een sterk zuur of sterke base verloopt een volledige reactie.
Bij een zwak zuur of zwakke base verloopt een evenwichtsreactie.
[ C ]∗[D ]
Voor elke evenwichtsreactie geldt een evenwichtsvoorwaarde: K z = (= concentratiebreuk)
[ A ]∗[ B]
A(aq) + B(aq) C(aq) + D (aq).
Bij sterke zuren is er geen sprake van een evenwichtsconstante (K z >> 1)
Zuurrest-ion -> het ion dat overblijft als het zuur een H +-ion heeft afgestaan.
Zuurconstante Kz: CH3COOH (aq) H+ (aq) + CH3COO- (aq) => Kz = ¿ ¿
-
Baseconstante Kb: CH3COO (aq) + H2O (l) CH3COOH (aq) + OH (aq)-
=> Kb = [ CH 3 COOH ]∗¿ ¿
[H2O] is vrijwel altijd constant en wordt buiten beschouwing gehouden.
Meerwaardige zuren -> zuren die meer dan één H + kunnen afgeven. De ionisatie van het zuur gebeurt
in stappen. De bijdrage van de tweede (en derde) stap in de ionisatie is te verwaarlozen omdat de
zuurconstante van die stappen veel kleiner is dan de zuurconstante van de eerste stap.
pH = -log[H+] [H+] = 10-pH pH + pOH = 14,00
pOH = -log[OH-] [OH-] = 10-pOH
Berekenen van pH van een sterk zuur:
Concentratie H+ berekenen door reactievergelijking op te stellen.
Berekenen van pH van een zwak zuur:
BOE-schema opstellen en beginsituatie invullen. Eindsituatie invullen in de evenwichtsvoorwaarde.
De waarde van x kan worden uitgerekend met de ABC-formule, maar kan worden vereenvoudigd
door de waarde van x in de noemer te verwaarlozen.
Dit mag wanneer: (waarde van x)/(beginwaarde) x 100% = < 10% (onder HF in tabel 49).
