Del 1

Oppgave 1 – Flervalgsoppgaver

a) Oksidasjonstall

Vi undersøker oksidasjonstallet til Cr i hvert alternativ:

• A: \(\text{Cr(NO}_3)_3\) – Nitrat har ladning \(-1\), tre nitrationer gir \(-3\). Cr har oksidasjonstall \(+3\).
• B: \(\text{Cr}_2\text{O}_5\) – Oksygen har \(-2\), fem oksygen gir \(-10\). To Cr-atomer: \(2x + (-10) = 0 \Rightarrow x = +5\). Krom har oksidasjonstall \(+5\).
• C: \(\text{K}_2\text{CrO}_4\) – Kalium har \(+1\) (to gir \(+2\)), oksygen \(-2\) (fire gir \(-8\)): \(+2 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +6\).
• D: \(\text{Cr}_2(\text{SO}_4)_3\) – Sulfat har ladning \(-2\), tre sulfater gir \(-6\). To Cr: \(2x - 6 = 0 \Rightarrow x = +3\).

Bare alternativ B gir krom med oksidasjonstall +V.

b) Redoksreaksjon

Hydrogengass er et mildt reduksjonsmiddel. For at \(\text{H}_2\) skal reagere med et oppløst salt, må kationet i saltet kunne reduseres av \(\text{H}_2\).

Standard reduksjonspotensial for \(\text{H}_2\): \(E^\circ = 0{,}00 \text{ V}\) (for \(2\text{H}^+ + 2e^- \rightarrow \text{H}_2\)).

\(\text{H}_2\) kan redusere metallioner med standard reduksjonspotensial høyere enn 0 V:

• \(\text{Na}^+\): \(E^\circ = -2{,}71\) V – Nei
• \(\text{Mn}^{2+}\): \(E^\circ = -1{,}19\) V – Nei
• \(\text{Cu}^{2+}\): \(E^\circ = +0{,}34\) V – Ja, \(\text{H}_2\) kan redusere \(\text{Cu}^{2+}\)
• \(\text{Ni}^{2+}\): \(E^\circ = -0{,}26\) V – Nei

Bare kobber(II)-ioner har positiv standard reduksjonspotensial, så \(\text{H}_2\) kan spontant redusere \(\text{Cu}^{2+}\) til Cu(s):

c) Syrer og baser

La oss vurdere pH for hver løsning:

• A: NaOH – Sterk base, pH ≈ 14. Langt fra 8.
• B: NH₄Cl – Salt av svak base (NH₃) og sterk syre (HCl). Løsningen er svakt sur, pH < 7 (ca. 4,6).
• C: HNO₃ – Sterk syre, pH ≈ 0. Langt fra 8.
• D: NaCH₃COO – Salt av svak syre (eddiksyre) og sterk base (NaOH). Acetat-ionet reagerer med vann og gir svakt basisk løsning.

For natriumacetat: \(\text{CH}_3\text{COO}^-\) er en svak base med \(K_b = \frac{K_w}{K_a} = \frac{1{,}0 \cdot 10^{-14}}{1{,}8 \cdot 10^{-5}} = 5{,}6 \cdot 10^{-10}\).

Med konsentrasjon 1 mol/L: \([\text{OH}^-] = \sqrt{K_b \cdot c} = \sqrt{5{,}6 \cdot 10^{-10} \cdot 1} = 2{,}4 \cdot 10^{-5}\) mol/L.

\(\text{pOH} = -\log(2{,}4 \cdot 10^{-5}) = 4{,}6\), altså \(\text{pH} = 14 - 4{,}6 = 9{,}4\).

Av alternativene er natriumacetat nærmest pH 8 (men gir ca. 9,4). NH₄Cl gir pH ca. 4,6. De andre er ekstremer. pH 8 er nærmest alternativ D.

d) Buffer

Bufferen består av eddiksyre (\(\text{CH}_3\text{COOH}\)) og acetat (\(\text{CH}_3\text{COO}^-\)), dannet ved at NaOH nøytraliserer noe av eddiksyren.

Fra Henderson-Hasselbalch-ligningen:

Altså er [basisk komponent] / [sur komponent] = 5, som betyr [basisk komponent] > [sur komponent].

Vi vurderer påstandene:

• A: [basisk komponent]/[sur komponent] = 1/5. Feil – det er 5/1.
• B: Øvre buffergrense er 6,46. Øvre buffergrense er \(\text{p}K_a + 1 = 4{,}76 + 1 = 5{,}76\). Feil.
• C: [sur komponent] < [basisk komponent]. Riktig! Fordi ratio er 5:1 i favør av basisk.
• D: OH⁻ er basisk bufferkomponent. Feil – den basiske bufferkomponenten er acetat, \(\text{CH}_3\text{COO}^-\).

e) Likevekt

Startkonsentrasjoner (V = 1,0 L): \([\text{H}_2] = 0{,}10\) mol/L, \([\text{S}_2] = 0{,}10\) mol/L, \([\text{H}_2\text{S}] = 0\).

La \(x\) mol/L \(\text{S}_2\) reagere. Fra støkiometrien \(2\text{H}_2 + \text{S}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{S}\):

• \([\text{S}_2]\) avtar med \(x\): \(0{,}10 - x\)
• \([\text{H}_2]\) avtar med \(2x\): \(0{,}10 - 2x\)
• \([\text{H}_2\text{S}]\) øker med \(2x\): \(2x\)

Dette stemmer med rad B: \([\text{H}_2] = 0{,}10 - 2x\), \([\text{S}_2] = 0{,}10 - x\), \([\text{H}_2\text{S}] = 2x\).

f) Løselighet

Vi må velge et salt der kationet danner et uløselig sulfat. Vi sjekker løselighetstabellen:

• A: NaCl – \(\text{Na}_2\text{SO}_4\) er lettløselig. Ingen utfelling.
• B: CuCl₂ – \(\text{CuSO}_4\) er lettløselig. Ingen utfelling.
• C: AgCl – AgCl er selv tungtløselig, så det løses dårlig. Dessuten er \(\text{Ag}_2\text{SO}_4\) bare tungtløselig (\(K_{sp} = 1{,}20 \cdot 10^{-5}\)), ikke veldig uløselig.
• D: CaCl₂ – \(\text{CaSO}_4\) er tungtløselig (\(K_{sp} = 4{,}93 \cdot 10^{-5}\)).

Fra løselighetstabellen: \(\text{BaSO}_4\) er mest uløselig, men det er ikke et alternativ. Mellom Ag₂SO₄ og CaSO₄ er begge tungtløselige. Men AgCl er selv tungtløselig i vann, noe som gjør det vanskelig å tilsette nok Ag⁺-ioner. CaCl₂ derimot er lettløselig og gir rikelig med Ca²⁺-ioner.

I løselighetstabellen for salter: Ca²⁺ med SO₄²⁻ er markert som T (tungtløselig). CaCl₂ er lettløselig (L), så det løses godt og frigjør Ca²⁺.

g) Polymerer

Analyse av figuren. Vi ser en sikksakk-karbonkjede der hvert annet karbon har et Cl-atom som peker oppover, og hvert annet karbon har en metylgruppe (\(\text{CH}_3\)) som peker nedover. Den repeterende enheten er altså:

For å danne denne polymeren ved addisjonspolymerisasjon trenger vi en monomer med en C=C-dobbeltbinding der det ene karbonet bærer Cl og det andre bærer \(\text{CH}_3\):

Når denne monomeren polymeriseres, åpner dobbeltbindingen seg og bygger opp kjeden \(\text{–CH(Cl)–CH(CH}_3\text{)–CH(Cl)–CH(CH}_3\text{)–}\), som matcher figuren.

Vurdering av alternativene:

• A: \(\text{CH}_2\text{=CHCl}\) (vinylklorid) – Polymeriseres til PVC med kjedeenhet \(\text{–CH}_2\text{–CHCl–}\). Ingen metylgrupper – passer ikke figuren.
• B: \(\text{CH}_3\text{–CH=CHCl}\) (1-klorprop-1-en) – Gir kjedeenhet \(\text{–CH(Cl)–CH(CH}_3\text{)–}\). Matcher figuren.
• C: \(\text{CH}_2\text{=CCl(CH}_3\text{)}\) (2-klorprop-1-en) – Gir kjedeenhet \(\text{–CH}_2\text{–CCl(CH}_3\text{)–}\). Cl og \(\text{CH}_3\) ville sittet på samme karbon, og det ville vært \(\text{CH}_2\)-ledd mellom, ikke som i figuren.
• D: En mettet struktur uten C=C-dobbeltbinding – kan ikke være monomer i en addisjonspolymerisasjon.

h) Organisk kjemi

3-klorpentan er \(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CHClCH}_2\text{CH}_3\) – klor sitter på karbon nr. 3 i en pentankjede.

• A: Addisjon av HCl til pent-2-en – Pent-2-en: \(\text{CH}_3\text{CH=CHCH}_2\text{CH}_3\). HCl adderer over dobbeltbindingen. Etter Markovnikovs regel legger H seg på C med flest H, og Cl på det andre. Fra C2=C3 kan Cl havne på C2 (Markovnikov) eller C3 (anti-Markovnikov). Begge produkter er mulige, og 3-klorpentan er et av dem.
• B: Eliminasjon av HCl fra 2-klorpentan – Gir penten, ikke 3-klorpentan.
• C: Hydrolyse av esteren 3-klorpentyletanat – Hydrolyse av en ester gir en alkohol og en syre, ikke en kloralkyl.
• D: Pentan-2-ol som reagerer med HCl i en substitusjonsreaksjon – Gir 2-klorpentan (Cl på C2), ikke 3-klorpentan.

i) Organisk kjemi – Syntese i to trinn

Figuren viser åpne (ugreinete) karbonkjeder, ikke ringmolekyler. Trinn 1: Fra haloalkanet (fluoralkan) til et alken – her fjernes HF, noe som er en eliminasjonsreaksjon (fjerner to atomer/grupper fra nabokarboner og danner en dobbeltbinding).

Trinn 2: Fra alkenet (med dobbeltbinding) + H₂O → en alkohol (med OH-gruppe). Vann adderes over dobbeltbindingen – dette er en addisjonsreaksjon.

j) Utbytte

Reaksjonen mellom to aminosyrer gir et dipeptid + vann (kondensasjonsreaksjon). Forholdet er 1:1.

Begrensende reaktant er serin (0,16 mol < 0,20 mol). Teoretisk utbytte er 0,16 mol dipeptid.

Med 25 % utbytte:

k) Kromatografi

Fra kromatogrammet:

• Tusj A gir to flekker etter kromatografering → den inneholder minst to fargestoffer.
• Tusj B gir én flekk.
• Tusj C gir to flekker.
• Flekkene 1, 2 og 3: Flekk 1 (fra A) og flekk med samme \(R_f\)-verdi i en annen prøve kan ha samme stoff, men like utseende betyr ikke nødvendigvis samme strukturformel – farger kan se like ut men ha ulik struktur.

Påstand i): Flekkene merket 1, 2 og 3 ligger på ulik høyde på platen (se figur 1: flekk 1 lavt, flekk 2 høyt og flekk 3 i mellomsjiktet). Ulik vandringshøyde betyr ulik \(R_f\)-verdi. To fargestoffer med ulik \(R_f\) kan ikke ha samme strukturformel, selv om fargene tilsynelatende «ser like ut». At flekkene ser like ut er derfor ikke et gyldig argument for samme strukturformel. Påstand i) er feil.

Påstand ii): Tusj A gir to flekker etter kromatografering, noe som viser at den inneholder (minst) to ulike fargestoffer. Riktig.

l) Grønn kjemi

Påstand i): Bioetanol er laget fra biomasse (f.eks. sukkerrør, mais), som er en fornybar ressurs. Å bruke bioetanol som utgangsstoff i stedet for fossile kilder er i tråd med prinsipp 7 (bruk fornybare råmaterialer). Riktig.

Påstand ii): Syntesen krever konsentrert svovelsyre, som er en svært korrosiv og farlig kjemikalie. Et oksidasjonsmiddel kan også være farlig. Dette er ikke «trygge kjemikalier» i henhold til prinsipp 12 (tryggere kjemikalier og prosesser). Feil.

Oppgave 2 – Rett/feil-oppgaver

a) Spontanitet

Fra tabellen:

Vi bruker \(\Delta G = \Delta H - T\Delta S\).

Påstand I: Når KBr(s) løses i vann, vil temperaturen i vannet stige.

\(\Delta H = 19{,}8\) kJ/mol > 0 (endoterm). Endoterme prosesser tar opp varme fra omgivelsene, så temperaturen synker. Feil.

Påstand II: Når reaksjon C skjer, øker entropien i systemet.

\(T \cdot \Delta S = 36{,}1\) kJ/mol > 0, altså \(\Delta S > 0\). Entropien øker. Rett.

Påstand III: Ingen av saltene løses spontant i vann ved 298 K.

Reaksjon B: \(\Delta G = -6{,}7\) kJ/mol < 0 → spontan. Reaksjon C: \(\Delta G = -2{,}5\) kJ/mol < 0 → spontan. Feil.

Påstand IV: Ved 25 °C vil endringen i fri energi for reaksjon C være mindre enn 0.

25 °C = 298 K. \(\Delta G = -2{,}5\) kJ/mol < 0. Rett.

b) Likevekter

Figur 2 gjengitt. Aksene har ingen tallmerking i oppgavesettet, og har det derfor ikke her heller — figuren viser forløpet, ikke verdier.

Reaksjonen er: \(\text{N}_2\text{(g)} + 3\text{H}_2\text{(g)} \rightleftharpoons 2\text{NH}_3\text{(g)}\)

Påstand I: Likevektskonstanten skrives \(K = \frac{[\text{NH}_3]}{[\text{N}_2][\text{H}_2]}\)

Riktig uttrykk er: \(K = \frac{[\text{NH}_3]^2}{[\text{N}_2][\text{H}_2]^3}\). Uttrykket i påstanden mangler eksponentene. Feil.

Påstand II: Ved tid 1 er det likevekt mellom gassene i beholderen.

Fra figuren ser konsentrasjonene ut til å være konstante før tid 1, noe som tyder på likevekt. Deretter endres de ved tid 2. Rett.

Påstand III: Ved tid 2 tilføres nitrogengass til beholderen. Da er reaksjonskvotienten Q < K.

Ved tid 2 øker [N₂] brått (nitrogen tilføres). Med mer N₂ øker nevneren i \(Q\)-uttrykket, og \(Q = \frac{[\text{NH}_3]^2}{[\text{N}_2][\text{H}_2]^3}\) blir mindre enn \(K\). Dermed forskyves likevekten mot produktsiden (mer NH₃ dannes), som stemmer med figuren. \(Q < K\). Rett.

Påstand IV: Ved tid 3 økes trykket i beholderen.

Fra figuren ved tid 3: Alle konsentrasjoner øker (beholderen komprimeres → mindre volum → høyere konsentrasjoner). Samtidig forskyves likevekten mot siden med færrest mol gass (produktsiden: 2 mol vs. reaktantsiden: 4 mol). NH₃-konsentrasjonen øker relativt mest. Økt trykk ved tid 3 stemmer med observasjonen. Rett.

Oppgave 3 – Enzymaktivitet

Analyse av hvert rør:

Rør 2: 37 °C (optimal temperatur for amylase), mye spytt (90 %), lite stivelse (0,1 %). Enzymet har optimale betingelser og det er lite substrat relativt til enzym. Det meste av stivelsen vil brytes ned raskt. Mye nedbrytning → lite stivelse igjen → lysest farge (gulbrun).

Rør 1: 37 °C (optimal temperatur), men bare 9 % spytt og 1 % stivelse. Relativt mindre enzym per stivelse enn rør 2. En del stivelse brytes ned, men ikke like effektivt som rør 2. Mellomfarge.

Rør 3: 95 °C – enzymet er denaturert! Amylase er et protein som mister sin tredimensjonale struktur ved høy temperatur. Denaturert enzym kan ikke bryte ned stivelse. All stivelse er fortsatt til stede → sterkest blåsort farge → mørkest farge.

Oppgave 4 – Kalsiumkarbonat

a) Begrunne at entropiendringen er positiv

Vi ser på reaksjonen:

På reaktantsiden har vi ett fast stoff. På produktsiden har vi ett fast stoff pluss en gass.

Gasser har mye høyere entropi enn faste stoffer fordi partiklene kan bevege seg fritt i et stort volum. Når reaksjonen skjer, dannes det et mol gass (\(\text{CO}_2\)) fra et fast stoff. Antall mol gass øker fra 0 til 1.

Økning i antall mol gass betyr at systemets uorden (entropi) øker betydelig.

b) Temperaturer der kalsiumkarbonat spontant dekomponerer

Figur 3 gjengitt: linja er tilpasset pikselavlesning av originalen og gir ΔG = 158 − 0,158·T. Den krysser ΔG = 0 ved T ≈ 1000 K.

En reaksjon er spontan når \(\Delta G < 0\).

Fra figur 3 ser vi at \(\Delta G\) avtar lineært med økende temperatur. Grafen krysser \(\Delta G = 0\) like etter 1000 K-streken, ved omtrent 1000–1050 K (avlest fra figuren).

• For \(T < 1050\) K: \(\Delta G > 0\) → reaksjonen er ikke spontan.
• For \(T > 1050\) K: \(\Delta G < 0\) → reaksjonen er spontan.

Dette er logisk fordi \(\Delta G = \Delta H - T\Delta S\). Siden \(\Delta H > 0\) (endoterm) og \(\Delta S > 0\), vil \(\Delta G\) bli negativ ved høy nok temperatur (når \(T\Delta S > \Delta H\)).

Oppgave 5 – Elektrolyse

Figur 4 gjengitt. Merk oppstillingen: ytterveggene av stål er den ene elektroden (katode), og grafittelektroden i midten er anoden — slik oppgaveteksten beskriver.

a) Halvreaksjon ved grafittelektroden

I elektrolysekaret frigis \(\text{F}_2\text{(g)}\) ved grafittelektroden. Fluorgass dannes ved oksidasjon av fluoridioner:

Dette er en oksidasjonsreaksjon (fluoridioner mister elektroner). Grafittelektroden er altså anoden.

b) Hvilken elektrode er katoden?

Ved katoden skjer reduksjon. Hydrogen dannes ved reduksjon av H⁺-ioner fra HF:

Fra figur 4: \(\text{H}_2\text{(g)}\) ledes ut gjennom rørene ved stålelektrodene (ytterveggen). Grafittelektroden (i midten) frigjør \(\text{F}_2\text{(g)}\). Altså skjer reduksjonen ved stålelektrodene.

c) Gram fluor dannet ved 4 g hydrogen

Totalreaksjonen i elektrolysen:

Molforhold: 1 mol \(\text{H}_2\) dannes per 1 mol \(\text{F}_2\).

Stoffmengde hydrogen:

Stoffmengde fluor (1:1-forhold):

Masse fluor:

Del 2

Oppgave 6 – Syrer, baser og buffere

a) pH i salpetersyrling

Salpetersyrling er en svak syre med \(K_a = 5{,}6 \cdot 10^{-4}\) (fra tabellen, \(\text{p}K_a = 3{,}25\)).

Likevektsreaksjonen:

La \(x = [\text{H}^+]\) ved likevekt:

Sjekker om vi kan bruke tilnærmingen \(0{,}80 - x \approx 0{,}80\):

Sjekk: \(\frac{0{,}0212}{0{,}80} = 2{,}6\%\) – tilnærmingen er god (under 5 %).

b) Tilsetting av NaOH – buffersystem

b-i) Hva er syre og base i dette buffersystemet?

NaOH (sterk base) reagerer med salpetersyrling:

Stoffmengder:

Etter reaksjonen (NaOH er begrensende reaktant):

• \(n(\text{HNO}_2) = 0{,}80 - 0{,}20 = 0{,}60\) mol (sur komponent)
• \(n(\text{NO}_2^-) = 0{,}20\) mol (basisk komponent)

Vi har overskudd av svak syre og det dannes konjugert base → buffer!

b-ii) Beregn pH i bufferen

Henderson-Hasselbalch:

Konsentrasjoner (totalvolum ≈ 1,0 L, vi antar volumet ikke endres vesentlig):

c) Bufferkapasitet – NH₄Cl i ammoniakkløsning

Stoffmengder i bufferen:

Buffersystemet: \(\text{NH}_4^+\) (sur komponent) / \(\text{NH}_3\) (basisk komponent)

Når sterk base (f.eks. NaOH) tilsettes en buffer, reagerer den med den sure komponenten:

Bufferen tåler sterk base så lenge det er \(\text{NH}_4^+\) igjen. Bufferkapasiteten for base er begrenset av stoffmengden sur komponent.

Men bufferen har også en øvre buffergrense: \(\text{p}K_a(\text{NH}_4^+) + 1 = 9{,}25 + 1 = 10{,}25\). Bufferen fungerer godt i området \(\text{p}K_a \pm 1\), dvs. pH 8,25–10,25.

Bufferen slutter å virke når pH passerer den øvre buffergrensen \(\text{p}K_a + 1 = 10{,}25\), altså når forholdet \([\text{NH}_3]/[\text{NH}_4^+]\) når 10. La \(x\) være stoffmengden sterk base som tilsettes:

Startpunktet er pH \(= 9{,}25 + \log(0{,}35/0{,}187) = 9{,}52\), altså godt innenfor bufferområdet, og etter 0,138 mol tilsatt base er pH akkurat 10,25.

Oppgave 7 – Organisk syntese

a) Prosentvis utbytte av stoff B

Reaksjonen er eliminasjon av vann:

Stoffmengde utgangsstoff:

Teoretisk utbytte av stoff B (1:1-forhold):

Prosentvis utbytte:

b) Karbokation som mellomprodukt

Trinn i mekanismen:

Trinn 1: Protonering av hydroksylgruppen

Syren (H⁺) protonerer den elektronrike OH-gruppen på utgangsstoffet. Oksygenatomet i OH-gruppen har frie elektronpar og fungerer som base:

Det frie elektronparet på oksygen tiltrekkes av den positive ladningen på H⁺ (elektrostatisk tiltrekning mellom negativt ladet elektronpar og positiv ladning). Dermed dannes en binding mellom O og H.

Trinn 2: Fraspalting av vann

Vann (\(\text{H}_2\text{O}\)) er en god utgående gruppe. C-O-bindingen brytes heterolytisk (begge elektronene følger med oksygenet):

Karbokationet (\(\text{R}^+\)) dannes. Her sitter den positive ladningen på karbonet som bar OH-gruppen. Dette karbonet er bundet til to andre karboner (ringkarbonet og en metylgruppe), så det er et sekundært karbokation. Det stabiliseres av hyperkonjugasjon og induktiv effekt fra de to omkringliggende alkylgruppene (et sekundært karbokation er mer stabilt enn et primært).

Trinn 3: Eliminasjon

Et proton fjernes fra et nabokarbon, og det dannes en dobbeltbinding (alken).

c) Separasjon med kromatografisk metode

Fra tabell 3:

Utgangsstoffet har en OH-gruppe (alkohol), mens stoff A og B er alkener (ingen OH). Dette gir stor forskjell i polaritet: alkoholen er mer polar enn alkenene.

Separasjon av utgangsstoff fra A og B: Mulig med kolonnekromatografi/TLC fordi polaritetsforskjellen mellom alkoholen og alkenene er stor. Alkoholen vil ha annen retensjon enn alkenene på en stasjonær fase (f.eks. silikagel). Ja, dette er mulig.

Separasjon av stoff A fra stoff B: Begge er alkener med identisk molekylformel (\(\text{C}_9\text{H}_{16}\)) og molar masse. De er isomerer med kun en forskjell i dobbeltbindingens posisjon. Kokepunktene overlapper delvis (137–151 vs. 148–162 °C). Polariteten er svært lik. Det er vanskelig å separere A fra B med vanlig kromatografi fordi de har så like egenskaper. Gasskromatografi (GC) kunne potensielt separere dem på grunn av den lille forskjellen i kokepunkt.

Oppgave 8 – Løselighet av MgCO₃

a) Beregn løseligheten ved begge pH-verdier

Beregning av uløst salt:

De startet med 2,000 g MgCO₃ i 1000 mL (1,0 L) løsning.

Ved pH 2,5 (buffer):

Ved pH 7 (vann):

Forklaring av forskjellen:

Løseligheten er høyere ved pH 2,5 enn ved pH 7. Dette skyldes at MgCO₃ inneholder karbonat-ionet (\(\text{CO}_3^{2-}\)), som er en base. Ved lav pH reagerer H⁺ med karbonationet:

Denne reaksjonen fjerner \(\text{CO}_3^{2-}\) fra løsningen, noe som forskyver løselighetslikevekten mot høyre (Le Chateliers prinsipp), slik at mer MgCO₃ løses:

b) Beregn løseligheten fra K_sp

Fra vedlegget: \(K_{sp}(\text{MgCO}_3) = 6{,}82 \cdot 10^{-6}\).

Likevekten:

La \(s\) = løseligheten i mol/L:

Sammenligning:

• Beregnet fra \(K_{sp}\): \(2{,}6 \cdot 10^{-3}\) mol/L
• Eksperimentelt (pH 7): \(2{,}3 \cdot 10^{-3}\) mol/L

Drøfting av avvik:

Den eksperimentelle verdien (\(2{,}3 \cdot 10^{-3}\)) er noe lavere enn den beregnede (\(2{,}6 \cdot 10^{-3}\)). Mulige årsaker:

• Likevekt ble kanskje ikke helt oppnådd på 2 minutter omrøring. Det kan ta lenger tid for saltet å løse seg fullstendig.
• Noe oppløst salt kan ha fulgt med vannet ved skylling i trinn 4, men dette ville gitt høyere målt løselighet.
• CO₂ fra luften kan ha løst seg i vannet og gjort det svakt surt, men ved pH 7 er dette trolig ikke signifikant.
• \(K_{sp}\)-verdien gjelder 25 °C. Romtemperaturen kan ha vært noe annerledes.
• Tabellverdier gjelder ideelle løsninger. Ioniske interaksjoner (aktivitetskoeffisienter) kan påvirke reell løselighet.

c) Forbedring av prosedyren

Oppgave 9 – Knappcellebatterier og etseskader

Denne oppgaven ber om en kjemifaglig tekst som drøfter flere punkter. Vi tar for oss hvert punkt:

Elektrolyse av vannet i spiserøret

Når batteriet (3 V) setter seg fast i spiserøret, oppstår en fuktig krets med elektrolytter (saltvann/kroppsvæsker). Vannet elektrolyseres:

Ved katoden (negativ pol):

Ved anoden (positiv pol):

Den mest skadelige reaksjonen skjer ved katoden, der det dannes hydroksidioner (\(\text{OH}^-\)). OH⁻ er en sterk base som gir svært høy pH lokalt. Basiske (alkaliske) etseskader er spesielt alvorlige fordi OH⁻ reagerer med proteiner gjennom forsåping (hydrolyse av esterbindinger i fett) og denaturering av proteiner. Baser gir likvefaksjonsnekrose og trenger dypere inn i vevet, mens syrer gir koagulasjonsnekrose der det koagulerte laget bremser videre inntrengning – derfor blir basiske etseskader verre.

Ved anoden dannes H⁺-ioner (syre) og mulig klorinnholdige forbindelser (fra NaCl i kroppsvæskene), f.eks. Cl₂ eller HClO, som også kan gi skade. Men de basiske skadene ved katoden er mest alvorlige.

Mengde base fra et fulladet batteri

Batterikapasitet: 200 mAh = 0,200 A · 3600 s = 720 C (coulomb).

Ved katoden: \(2\text{H}_2\text{O} + 2e^- \rightarrow \text{H}_2 + 2\text{OH}^-\)

2 mol elektroner gir 2 mol OH⁻, altså 1 mol e⁻ gir 1 mol OH⁻.

Dersom dette løses i 10 mL (0,010 L):

pH ≈ 13,9 er ekstremt basisk og kan gi svært alvorlige etseskader.

Honning og sitronjuice

Honning er tyktflytende og svakt surt (pH ca. 3,5–4,5). Sitronjuice har pH ca. 2,2. Disse kan begrense skadene ved å:

• Nøytralisere basen: Syren i honning/sitronjuice reagerer med OH⁻ og nøytraliserer den basiske løsningen rundt batteriet: \(\text{H}^+ + \text{OH}^- \rightarrow \text{H}_2\text{O}\)
• Senke pH: Selv en svak nøytralisering reduserer den lokale pH og begrenser den alkaliske etsingen.
• Honningens viskositet: Den seige konsistensen kan danne et beskyttende lag rundt batteriet.

I magesekken (pH 1–2) er batteriet omgitt av syre, som nøytraliserer OH⁻ som dannes. Batteriet gjør derfor mindre skade i magesekken enn i spiserøret (nøytral pH).

Varme fra nøytraliseringsreaksjonen

Varme frigjort dersom all base nøytraliseres:

Temperaturøkning i spiserørvevet (35 g = 0,035 kg):

En temperaturøkning på ca. 3,5 °C er merkbar, men normalt ikke nok til å forårsake brannskader (som krever ca. 44–45 °C over lengre tid). Varmen fra nøytraliseringen bidrar dermed noe til skadene, men det er den kjemiske etsingen (høy pH) som er hovedårsaken til vevskader.

Øredråper (0,9 % NaCl) på batteri i øret

Dersom man drypper 0,9 % NaCl-løsning (fysiologisk saltvann) på et batteri som sitter fast i øret, tilfører man elektrolytter som gjør løsningen mer ledende. Dette kan:

• Øke strømstyrken gjennom elektrolysen fordi ionekonsentrasjonen øker.
• Dermed øke dannelsen av OH⁻ ved katoden og H⁺ ved anoden.
• Cl⁻-ioner fra NaCl kan oksideres ved anoden: \(2\text{Cl}^- \rightarrow \text{Cl}_2 + 2e^-\). Klorgass er giftig og kan skade vevet.

Konklusjon: Man bør ikke dryppe saltvann på et batteri som sitter fast, da det kan forverre skadene.