Borsyrebuffer for koraller og havforsuring

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

I Norge har vi flere korallrev som er viktige for mange andre marine organismer. Korallene er følsomme for endringer i havets pH, temperatur og saltholdighet.

En optimal pH for korallene er 8,2–8,4. Et viktig buffersystem i korallrevenes miljø er borsyre/borat-systemet, $B {(O H)}_{3} / B {(O H)}_{4}^{-}$ . (Dette er ulikt slik vi vanligvis ser syre-base-par.)

Reaksjonsligningen er

B {(O H)}_{3} (a q) + 2 H_{2} O (l) ⇌ B {(O H)}_{4}^{-} (a q) + H_{3} O^{+} (a q) p K_{a} = 9,27

Kalkulator

Beregn pH i en $0,22 m o l / L$ borsyreløsning.

Du skal lage en buffer av borsyre og natriumhydroksid, $NaOH$ , som kan brukes til å regulere vannets pH i et akvarium som inneholder koraller. Du løser $1,0 g$ $N a O H (s)$ i $1,0 L$ av $0,22 m o l / L$ $B {(O H)}_{3} (a q)$ .

Reaksjonen mellom borsyre og natriumhydroksid er

\underset{sur komponent}{B {(O H)}_{3} (a q)} + O H^{-} (a q) \to \underset{basisk komponent}{B {(O H)}_{4}^{-}}

Kalkulator

Beregn pH i bufferen du har laget, og kommenter om den er egnet for korallene.

Korallene har et ytre skall som består av kalsiumkarbonat, $C a C O_{3}$ .

For hånd

Forklar hvordan den økende mengden karbondioksid, $C O_{2}$ , i atmosfæren truer korallene i havet.

Figur 1: Koraller i norske farvann. Foto: Havforskingsinstituttet

Referanser

Bilde av koraller: https://www.hi.no/hi/temasider/arter/hornkoraller (sist besøkt 08.09.2023)

Fasit

$pH = 4,96$

$pH = 8,38$ . Det er innenfor 8,2–8,4, så bufferen er egnet.

$C O_{2}$ løses i havet og danner $H_{3} O^{+}$ , som reagerer med $C O_{3}^{2 -}$ . Da løses $C a C O_{3}$ i skallet lettere, og det blir vanskeligere å bygge nytt skall.

LøsningsforslagKI-generert

Borsyre er en svak syre. Vi bruker $K_{a} = 10^{- 9,27} = 5,37 \cdot 10^{- 10} m o l / L$ . La $x = [H_{3} O^{+}] = [B {(O H)}_{4}^{-}]$ ved likevekt.

K_{a} = \frac{[B {(O H)}_{4}^{-}] [H_{3} O^{+}]}{[B {(O H)}_{3}]} = \frac{x^{2}}{0,22 - x}

$K_{a}$ er svært liten, så $x ≪ 0,22$ . Da er $0,22 - x \approx 0,22$ .

\begin{matrix} x & = \sqrt{K_{a} \cdot 0,22} = \sqrt{5,37 \cdot 10^{- 10} \cdot 0,22} m o l / L = 1,09 \cdot 10^{- 5} m o l / L \\ pH & = - \lg (1,09 \cdot 10^{- 5}) = 4,96 \end{matrix}

Forenklingen holder, siden $1,09 \cdot 10^{- 5}$ er mye mindre enn $0,22$ . Bidraget fra vannets egen protolyse ( $10^{- 7} m o l / L$ ) kan også ses bort fra.

Molar masse for $NaOH$ er $40,00 g / m o l$ .

\begin{matrix} n (O H^{-}) & = \frac{1,0 g}{40,00 g / m o l} = 0,025 m o l \\ n {(B {(O H)}_{3})}_{start} & = 0,22 m o l / L \cdot 1,0 L = 0,22 m o l \end{matrix}

All $O H^{-}$ reagerer med borsyre og gir like mye borat:

\begin{matrix} n (B {(O H)}_{3}) & = 0,22 m o l - 0,025 m o l = 0,195 m o l \\ n (B {(O H)}_{4}^{-}) & = 0,025 m o l \end{matrix}

Begge komponentene er i samme volum, så vi kan bruke stoffmengdene i bufferlikningen. Vi regner med at volumet ikke endres når $NaOH$ løses.

\begin{matrix} pH & = p K_{a} + \lg \frac{n (B {(O H)}_{4}^{-})}{n (B {(O H)}_{3})} \\ = 9,27 + \lg \frac{0,025}{0,195} \\ = 9,27 - 0,89 = 8,38 \end{matrix}

pH ligger innenfor det optimale området 8,2–8,4. Bufferen er derfor egnet for korallene. Den ligger nær øvre grense, så den tåler lite tilsatt base før pH blir for høy.

Når mengden $C O_{2}$ i atmosfæren øker, løses mer $C O_{2}$ i havet:

C O_{2} (g) ⇌ C O_{2} (a q)

Løst $C O_{2}$ reagerer med vann og danner en sur løsning. Havet blir surere, og pH synker.

C O_{2} (a q) + 2 H_{2} O (l) ⇌ H C O_{3}^{-} (a q) + H_{3} O^{+} (a q)

Oksoniumionene reagerer med karbonationer i sjøvannet:

H_{3} O^{+} (a q) + C O_{3}^{2 -} (a q) \to H C O_{3}^{-} (a q) + H_{2} O (l)

Kalkskallet står i likevekt med ionene i sjøvannet:

C a C O_{3} (s) ⇌ C a^{2 +} (a q) + C O_{3}^{2 -} (a q)

Når $[C O_{3}^{2 -}]$ avtar, blir ioneproduktet $[C a^{2 +}] [C O_{3}^{2 -}]$ mindre enn $K_{sp} = 3,36 \cdot 10^{- 9}$ . Likevekten forskyves mot høyre, og kalsiumkarbonat løses opp. Samlet kan dette skrives slik:

\begin{matrix} C a C O_{3} (s) + C O_{2} (a q) + H_{2} O (l) \\ \to C a^{2 +} (a q) + 2 H C O_{3}^{-} (a q) \end{matrix}

Korallene får dermed færre karbonationer til å bygge skall, og eksisterende skall kan løses opp. Det truer korallene og alle organismene som lever på korallrevene.

Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Kjemi 2 H2023. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).

Åpne på egen side: Tabeller og formler i kjemi

Oppgavedata

Hentet fra: Kjemi 2 H2023, del 2, oppgave 7
Del: Del 2, alle hjelpemidler — les om hjelpemidler
Hjelpemidler: Kalkulator
CAS
Graftegner og regneark
Lærebok, formelsamling og egne notater
Ikke åpent internett, kommunikasjon med andre eller kunstig intelligens.
Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Buffer, PH, Syrer og baser, Miljøkjemi

Borsyrebuffer for koraller og havforsuring

Innstillinger

Utseende

Oppgaver og visning

Utskrift

Synkronisering

Sync på tvers av enheter

Borsyrebuffer for koraller og havforsuring

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Forstå oppgaven med en KI

Tastatursnarveier

Navigasjon

I oppgave

Borsyrebuffer for koraller og havforsuring

Borsyrebuffer for koraller og havforsuring

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Temaer