Sitronsyre og sitratbuffer i såpe

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

Huden vår har en naturlig pH på cirka 5,5. De rengjørende ingrediensene i såpe og sjampo er ofte basiske stoffer, så for å gi produktene ønsket pH tilsetter man ofte sitronsyre eller natriumsalter av sitronsyre, se tabell 1.

Tabell 1. Strukturformlene for sitronsyre og natriumsalter av sitronsyre

Strukturformler for A trinatriumsitrat, B natriumdihydrogensitrat, C dinatriumhydrogensitrat og D sitronsyre

Vurder om alle stoffene i tabellen ovenfor kan brukes til å senke pH-verdien i en såpeblanding.

Du har laget en buffer ved å blande 1 mol dinatriumhydrogensitrat (C) med 1,5 mol trinatriumsitrat (A) og fortynnet med vann til 1,0 L. Så tilsetter du 0,7 mol $N a O H (s)$ . Vurder om du fortsatt er innenfor bufferområdet.

Figur 1 viser to titrerkurver, en for sitronsyre titrert med natriumhydroksid, $N a O H (a q)$ , og en for fosforsyre, $H_{3} P O_{4}$ , titrert med $N a O H (a q)$ . Begge syrene har konsentrasjonen 0,1 mol/L og volum 25,0 mL. I motsetning til fosforsyre har sitronsyre en gradvis økning fra pH 2 til pH 8. Forklar kort hvorfor det er en slik forskjell.

Figur 1: Titrerkurver for 25,0 mL 0,1 mol/L sitronsyre (stiplet, blå) og 25,0 mL 0,1 mol/L fosforsyre (heltrukken, rød)

Fasit

B, C og D kan senke pH fordi de har sure H-atomer i COOH-grupper. A er bare en base og øker pH. C er den svakeste syren og har minst effekt.

$[H C i t^{2 -}] = 0,3 m o l / L$ og $[C i t^{3 -}] = 2,2 m o l / L$ . Forholdet er $2,2 / 0,3 \approx 7,3 < 10$ , så pH $\approx 7,3$ . Det er innenfor bufferområdet $5,40$ – $7,40$ , men nær grensen.

pKa-verdiene til sitronsyre ( $3,13$ , $4,76$ og $6,40$ ) ligger så nær hverandre at bufferområdene overlapper. For fosforsyre ( $2,16$ , $7,21$ og $12,32$ ) ligger de langt fra hverandre, så kurven får pH-sprang mellom bufferområdene.

LøsningsforslagKI-generert

Vi skriver D som $H_{3} C i t$ , B som $H_{2} C i t^{-}$ , C som $H C i t^{2 -}$ og A som $C i t^{3 -}$ . Fra vedlegget:

Syre	p $K_{a}$
$H_{3} C i t$	$3,13$
$H_{2} C i t^{-}$	$4,76$
$H C i t^{2 -}$	$6,40$

Såpen er basisk. Et stoff senker pH hvis det kan gi fra seg $H^{+}$ .

A: $C i t^{3 -}$ har ingen COOH-grupper igjen. Ionet er bare en base, så A kan ikke senke pH.
B: $H_{2} C i t^{-}$ har to COOH-grupper. Det er en svak syre, så B kan senke pH.
C: $H C i t^{2 -}$ har én COOH-gruppe. Som base har ionet p $K_{b} = 14,00 - 4,76 = 9,24$ . Siden p $K_{a} = 6,40$ er lavere, er ionet en svak syre. Det reagerer med $O H^{-}$ i såpen:

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

C kan senke pH, men er et grensetilfelle. Det er den svakeste syren og gir ikke like lav pH som B og D.

D: Sitronsyre har tre COOH-grupper og er den sterkeste syren. D kan senke pH.

B, C og D kan brukes. A kan ikke brukes.

C gir den sure komponenten $H C i t^{2 -}$ . A gir den basiske komponenten $C i t^{3 -}$ . Paret har p $K_{a} = 6,40$ , så bufferområdet er pH $5,40$ – $7,40$ .

NaOH reagerer med den sure komponenten:

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

Volumet er fortsatt $1,0 L$ :

\begin{matrix} [H C i t^{2 -}] & = 1,0 m o l / L - 0,7 m o l / L = 0,3 m o l / L \\ [C i t^{3 -}] & = 1,5 m o l / L + 0,7 m o l / L = 2,2 m o l / L \end{matrix}

Bufferen virker når forholdet mellom basisk og sur komponent er mellom $\frac{1}{10}$ og $10$ :

\frac{[C i t^{3 -}]}{[H C i t^{2 -}]} = \frac{2,2}{0,3} \approx 7,3

pH = 6,40 + \lg 7,3 \approx 7,3

Forholdet er mindre enn $10$ . Vi er fortsatt innenfor bufferområdet, men nær øvre grense. Det er bare $0,3 m o l$ sur komponent igjen.

	p $K_{a1}$	p $K_{a2}$	p $K_{a3}$
Sitronsyre	$3,13$	$4,76$	$6,40$
Fosforsyre	$2,16$	$7,21$	$12,32$

p $K_{a}$ -verdiene til sitronsyre ligger bare ca. $1,6$ enheter fra hverandre. Bufferområdene ( $p K_{a} \pm 1$ ) overlapper. Før ett syre-base-par er brukt opp, bufrer det neste. Derfor stiger pH jevnt, uten sprang.

p $K_{a}$ -verdiene til fosforsyre ligger ca. 5 enheter fra hverandre. Bufferområdene overlapper ikke. Mellom dem er det ingen buffer, så litt NaOH gir et tydelig pH-sprang.

Sensorveiledning

50 %: Riktige stoffer [Stoff B, C, D]
50 %: Fornuftige begrunnelser/vurderinger
Ved feil konklusjon rundt stoff C kan en god begrunnelse veie opp for det

50 %: Finner riktig konsentrasjon for sur og basisk komponent
50 %: Riktig vurdering med begrunnelse

100 %: Identifiserer pKa-verdiene og at det er overlapp mellom bufferområdene for sitronsyre og bruker disse i argumentasjonen
Andre elementer kan gi delvis uttelling:
25 %: Forklarer formen på titrerkurven til fosforsyre
25 %: Identifisere pKa-verdiene til sitronsyre

Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Kjemi 2 V2024. 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 V2024, del 1, oppgave 4
Del: Del 1, uten hjelpemidler, med vedlegg — les om hjelpemidler
Hjelpemidler: Skrivesaker og linjal
Vedlegg i oppgavesettet
Ingen kalkulator eller digitale verktøy. Vedleggene i oppgavesettet kan brukes på begge deler.
Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Syrer og baser, Buffer, Titrering

Sitronsyre og sitratbuffer i såpe

Innstillinger

Utseende

Oppgaver og visning

Utskrift

Synkronisering

Sync på tvers av enheter

Sitronsyre og sitratbuffer i såpe

Lov på eksamen

Forstå oppgaven med en KI

Tastatursnarveier

Navigasjon

I oppgave

Sitronsyre og sitratbuffer i såpe

Sitronsyre og sitratbuffer i såpe

Lov på eksamen

Temaer