Practicum: Oxozuren en oktetuitbreiding – zwavelzuur en fosforzuur – Scheikunde Klas 5 VWO

In dit practicum voor klas 5 vwo bouw je zwavelzuur en fosforzuur op twee manieren: met ladingen volgens de oktetregel en met een uitgebreid oktet. Je vergelijkt de structuren en verklaart de zuursterkte van oxozuren.

Leerdoel

Na dit practicum kun je van oxozuren van de derde periode Lewisstructuren tekenen met formele ladingen en met uitgebreid oktet, de formele ladingen bepalen en de zuursterkte verklaren aan de hand van het aantal zuurstofatomen zonder waterstofatoom.

Cursusniveau en vakgebied

Niveau: VWO klas 5 | Vak: Scheikunde | Domein: B1 Deeltjesmodellen; B4 Bindingen, structuren en eigenschappen | Oxozuur, zwavelzuur, fosforzuur, perchloorzuur, oktetuitbreiding, formele lading, zuursterkte, derde periode

Benodigdheden

• Toytomics Multi Function Set Magnetic (valentie-elektronenmodel), één set per groepje van 2 of 3 leerlingen
• Papier en potlood
• Periodiek systeem (Binas)

Achtergrondinformatie

Bij atomen van de derde periode kunnen meer dan acht elektronen rond het centrale atoom voorkomen, een uitgebreid oktet. Er zijn dan twee manieren om een oxozuur te tekenen: met ladingen, zodat het centrale atoom een oktet houdt, of zonder ladingen, met meer dan acht elektronen rond het centrale atoom. Het model laat beide zien.

De formele lading van een atoom is het aantal valentie-elektronen van het vrije atoom, min het aantal vrije elektronen, min het aantal bindingen.

Zuursterkte van chloorzuren (ongeveer): HClO pK_z 7,5; HClO₃ −1; HClO₄ −10. Hoe lager de pK_z, hoe sterker het zuur.

Werkwijze

Deel A – Zwavelzuur (H₂SO₄)

1. Bouw H₂SO₄ met zwavel als centraal atoom, twee OH-groepen en twee zuurstofatomen met enkele bindingen en een lading (oktetstructuur). Zet de ladingen erbij.
2. Bouw dezelfde stof met twee dubbele S=O-bindingen (uitgebreid oktet). Hoeveel elektronen heeft zwavel nu om zich heen?
3. Bepaal de formele ladingen van S en O in beide structuren.

Deel B – Fosforzuur (H₃PO₄)

1. Bouw H₃PO₄ met een P–O^--binding en P⁺ (oktetstructuur) en daarna met een P=O-binding (uitgebreid oktet).
2. Bepaal ook hier de formele ladingen.

Deel C – Protolyse

1. Haal van H₂SO₄ één H⁺ af (HSO₄^-) en daarna nog een (SO₄^2-). Teken de structuren en kijk hoe de negatieve lading over de zuurstofatomen verdeeld kan worden.

Verwerkingsvragen

1. Geef bij H₂SO₄ de formele ladingen in de oktetstructuur en in de structuur met uitgebreid oktet.
2. Hoeveel elektronen heeft het fosforatoom om zich heen in de structuur met P=O?
3. Waarom is HClO₄ een veel sterker zuur dan HClO? Gebruik het begrip delokalisatie van de negatieve lading.
4. Welke van de twee weergaven wordt in jouw methode gebruikt? Noem een voordeel van de andere.

Uitwerking

V1: Oktetstructuur: zwavel 2+ (vier enkele bindingen, geen vrije paren: 6 − 0 − 4), de twee O^- elk 1−, de OH-zuurstofatomen 0. Totaal 0. Uitgebreid oktet: alle formele ladingen 0 (zwavel 6 − 0 − 6).

V2: Tien (vijf bindende paren, geen vrije paren).

V3: Na afsplitsing van H⁺ blijft de negatieve lading achter op de zuurrest. In ClO₄^- kan die over vier zuurstofatomen verdeeld worden, in ClO^- maar over één. Hoe meer de lading wordt verdeeld, hoe stabieler het ion en hoe sterker het zuur.

V4: De keuze hangt af van de gebruikte methode. De oktetstructuur laat zien waar de ladingen zitten en past bij de oktetregel. De structuur met uitgebreid oktet laat zonder ladingen zien dat de S–O- en P–O-bindingen een dubbelbindingskarakter hebben.

Benodigde laboratoriumapparatuur van Labvakhandel

Labvakhandel levert de Toytomics Multi Function Set Magnetic voor het bouwen van oxozuren met atomen van de derde periode in het voortgezet scheikundeonderwijs.

Welk type molecuulmodel past bij uw les? Lees het artikel Molecuulmodellen in de scheikundeles.

Bekijk het assortiment of neem contact op voor advies.

Meer practicumopdrachten

Ontdek alle practica in de Labvakhandel kennisbank — voor biologie, scheikunde en natuurkunde.