Teori: Egyptierna kunde redan 3000 år f.Kr framställa starka baser som natriumhydroxid. Man fick soda (natriumkarbonat) från sodasjöar och bränd kalk (kalciumoxid) tillverkades genom bränning av kalksten (kalciumkarbonat). Natriumhydroxiden användes till tvåltillverkning och vid balsamering. Reaktionen är följande:

CaO(s)  +  Na2CO3(aq)  +  H2O → CaCO3(s)  +  2NaOH(aq)

Natriumhydroxid är en av de starka baserna. Andra är kalium-, litium och cesiumhydroxid. Alla starka baser är mycket lättlösliga i vatten, frätande och basiska/alkaliska. Natriumhydroxid kallas även kaustisk soda, kaustiskt natron, natronlut eller bara lut. Nuförtiden framställs natriumhydroxid genom elektrolytisk sönderdelning av natriumklorid. Processen kallas kloralkalimetoden.

Baser har definierats på olika sätt under olika tider
Alkemister: Baser neutraliseras av syror (smak)
1770-tal - Lavoisier: Baser är metalloxider                                       
1770-tal - Priestley: Syror innehåller väte, och baser neutraliserar dem                 
1903 - Arrhenius: Baser är ett ämne som producerar hydroxidjoner i vatten    
1923 - Bronsted-Lowry: Baser är protonmottagare                                
1923 - Lewis: Baser är elektronmottagare och nukleofiler.                                 

Material

  • Kalciumoxid
  • Natriumkarbonat
  • Bägare
  • Tratt
  • Filterpapper
  • Ca 2M saltsyra

Risker vid experimentet
Använd skyddsglasögon och personlig skyddsutrustning. Baser är frätande. Indunstning genom kokning är riskabelt då det kan skvätta. En riskbedömning ges av undervisande lärare.

Utförande:
Om du är osäker på fällningsreaktionen testa reaktionen genom blanda mättade lösningar av natriumkarbonat och kalciumoxid (kalciumhydroxid).

  1. Gör en lösning av natriumkarbonat av ca 6 g natriumkarbonat med kristallvatten eller 2 g vattenfritt natriumkarbonat i en bägare. Lös i mista mängd vatten. Lösningen ska vara klar. Räkna ut substansmängden!
  2. Tillsätt i små portioner 2 g kalciumoxid och rör. Räkna ut substansmängden!
  3. Låt stå ca 5 minuter. (Om du ska beräkna utbyte, väg en torr 200 ml E-kolv. Anteckna värdet. Denna ska användas för indunstning av natriumhydroxidlösningen).
  4. Filtrera lösningen till den vägda E-kolven.
  5. Testa att du har fått kalciumkarbonat som fällning i filtrerpappret. Ta lite av fällning och tillsätt en syra. Hur reagerar karbonatjoner med syra?

Extrauppgift 1: För att kontrollera att du har fått natriumhydroxid måste du indunsta lösningen till torrhet. Detta är riskabelt moment då natriumhydroxiden kan stänka!! Koka i dragskåp. När lösningen börjar stänka sätt en tratt som ett lock Detta för att hindra stänk eller ställ det på ett varmt ställe för att avdunsta.

Extrauppgift 2: Späd natriumhydroxiden med vatten till 250 cm3 i en mätkolv. Tag ut 10 cm3 och titrera med 0,1 mol/dm3 saltsyra. Tillsätt indikatorn BTB.

Till läraren

Man ska ha överskott av kalciumoxid för att få bästa utbytet. Oreagerad kalciumoxid filtreras bort som svårlösligt kalciumhydroxid tillsammans med det bildade kalciumkarbonatet. För att eleverna ska se att det bildas en fällning av kalciumkarbonat så bör man visa det genom en test med mättade lösningar. Kalciumoxid/hydroxidlösningen är dock svårlösligt. Se löslighetsprodukterna nedan. Man kan göra experimentet med natriumvätekarbonat.
            CaO(s)  +  NaHCO3(aq)   → CaCO3(s)    +  NaOH(aq)

Riskbedömningsunderlag

”Risker vid experimentet” gäller endast de kemikalier som nämnts, under förutsättning att beskrivna koncentrationer, mängder och metod används.
Som lärare förväntas du göra en fullständig riskbedömning för dig själv och din elevgrupp.

Kalciumkarbonat: CaCO3(S), Ej märkespliktig
Kalciumoxid: Frätande, Fara, H314 och P260, P264, P280, P405
Natriumkarbonat: Utropstecken, Varning, H319 och P264, P280
Natriumhydroxid(s): Frätande, Fara, H290, H314 och P280, P301+P330+P331, P304+P340+ P310, P305+P351+P338
Natriumvätekarbonat: Ej märkespliktig

 

  Löslighetsprodukt mol/dm3 Molvikt g/mol g/dm3 mättad lösning
NaOH 10,5 40,0 420
Na2CO3 0,66 106,0 70
Na2CO3 × H2O 1,03 286,1 295
NaHCO3 1,22 84 102,5
CaO 2,34 × 10-2 56,1 1,3
CaCO3 1,30 × 10-2 100,1 1,3
Ca(OH)2 1,53 × 10-2 74,1 1,13

 

 

 

Tips
Natriumhydroxid är mest löslig. Tillsätt ett stökiometriskt överskott av kalciumoxid för att garantera att alla karbonat fälls ut. Oreagerat kalciumoxid filtreras bort.

Resultat
Filtratet innehåller karbonater (test med saltsyra). Mängd indunstat natriumhydroxid blev ca 2 g med natriumkarbonat och ca 1 g med bikarbonat. Natriumhydroxiden är inte helt ren utan innehåller även karbonat.

De starka syrorna
Alkemisterna tillverkade svavelsyra (vitriololja) av pyrit, svavelkis, FeS2. Fuktig pyrit får oxidera i luft.
2FeS2 +  7O2 +   2H2O → 2FeSO4 + 2H2SO4

Järnsulfat med 7 kristallvatten, FeSO4 × 7H2O vittrar med tiden till stabilt järnsulfat Fe2(SO4)3.
Fe2(SO4)3 upphettas till ca 500℃   
Fe2(SO4)3 → Fe2O3  +  3SO3

SO3 leds ner i vatten             
SO3  +  H2O → H2SO4

På 1800-talet tillverkades svavelsyra av pyrit enl.
4FeS2 +  11O2  → 2Fe2O3  +  8SO2

Med blykammarmetoden (reaktionen skedde i en blykammare)
NO  +  0,5O2  → NO2
NO2  +  SO2  + H2O → NO  + H2SO4
Total: SO2  + 0,5O2  + H2O → H2SO4

Starka syrorna började tillverkas senare. Alkemi förhärskade under 3000 f.Kr –ca 1500 e.Kr. Alkemister kunde tillverka de starka syrorna; svavelsyra, saltsyra och salpetersyra.