Er zijn 5 reacties in dit onderwerp

[Kees92]

Bij het maken van een opdracht voor scheikunde stuitten wij op het volgende probleem. Gegeven zijn twee isomeren (maleïnezuur en fumaarzuur). Gegeven is de pKz van maleïnezuur. Verder is bekend dat fumaarzuur minder gemakkelijk H-bruggen vormt dan maleïnezuur. De vraag is of de pKz van fumaarzuur hoger of juist lager is dan de gegeven pKz van maleïnezuur.

Wij kwamen na een tijdje brainstormen op twee mogelijke theoriën, die elkaar helaas tegenspraken.

Theorie 1:
Doordat fumaarzuur minder H-bruggen heeft is de binding tussen deze moleculen minder sterk. Daarom kan fumaarzuur gemakkelijker H⁺ afstaan dan maleïnezuur. De pKz is dus lager.

Theorie 2:
Bij het afstaan van H⁺ verandert als het ware een H-brug in een atoombinding. (Er zat al een H-brug, nu wordt dat een atoombinding volgens molecuulH + H₂O -> molecuul + H₃O⁺). Fumaarzuur heeft minder H-bruggen en kan dus minder gemakkelijk H⁺ afstaan dan maleïnezuur. De pKz is dus hoger.

Alvast bedankt voor de hulp!

Veranderd door Kees92, 30 december 2010 - 19:59

[Kravitz]

Ik zou verwachten dat maleïnezuur de laagste pka heeft. Hierbij steun ik op volgende theorie: om een waterstofbrug te vormen heb je een H-atoom nodig dat gebonden is op een sterk elektronegatief atoom bijv. een zuurstofatoom. Hierdoor ontstaat een partieel positieve lading op het waterstofatoom en een partieel negatieve lading op het zuurstofatoom waardoor het waterstofatoom nog gemakkelijker kan ontsnappen.

[flamey]

Eigenlijk is deze vraag niet zo heel triviaal. Beide verbindingen zijn namelijk dizuren. Bedoel je dus de pKz van het eerste proton of het tweede proton?

Het verschil tussen fumaarzuur en maleinezuur is dat de eerste 'entgegen' is (zeg maar trans), terwijl maleinezuur 'zusammen' is (zeg maar cis). Dit houdt in dat maleinezuur een intramoleculaire waterstofbrug heeft die afwezig is in fumaarzuur. (teken de structuurformules van beide verbindingen, dan zie je het). Ik zeg dit, omdat beide verbindingen in staat zijn om intermoleculaire waterstofbruggen te vormen! Dus meer of minder waterstofbruggen, hangt maar net af van de context.

Deze intramoleculare waterstofbrug maakt het proton dat niet gebonden is erg zuur (zie reden van Kravitz).

Het tweede proton van maleinezuur is echter minder zuur dan het tweede proton van fumaarzuur. Dit komt omdat, zoals je al zegt, je een waterstofbrug zou moeten verbreken om het molecuul te deprotoneren.

Hopelijk heb je er wat aan!

[flamey]

Ok ik zie net dat Kravitz niet de reden geeft waarom het 'ongebonden' proton in maleinezuur zuurder is dan een willekeurig proton van fumaarzuur (zie mijn vorige post). De reden hiervan voert volgens mij te ver voor een schoolopdracht en ik weet ook niet zeker of ik de juiste redenering in gedachte heb (je hebt het concept conjugatie nodig, hebben jullie dit misschien op school gehad?)

Waterstofbruggen maken in het algemeen protonen minder zuur, omdat je een binding moet verbreken die redelijk sterk is (waterstofbrug) om te kunnen deprotoneren.

Misschien ook een leuk doordenkertje over maleinezuur: waarom is het proton van de intramoleculaire waterstofbrug minder zuur dan het ongebonden proton? Immers dit 'ongebonden' proton kan ook een intermoleculaire waterstofbrug vormen? Intermoleculaire waterstofbruggen zijn immers meestal sterker dan intramoleculaire waterstofbruggen?

Veranderd door flamey, 30 december 2010 - 22:55

[Kees92]

 flamey, op 30 December 2010, 21:51, zei:

Eigenlijk is deze vraag niet zo heel triviaal. Beide verbindingen zijn namelijk dizuren. Bedoel je dus de pKz van het eerste proton of het tweede proton?

Het gaat in onze opdracht om de verandering van beide pKz waarde. De opgave zit namelijk in een context van staptitraties. Hierbij voegen we loog toe aan enkelvoudige en tweevoudige zuren. Hiermee maken wij een pH,V-grafiek van enkelvoudige en tweevoudige zuren (zogenaamde S-vormige krommen). De afgeleide van deze krommen geeft bij een enkelvoudig zuur één piek (daar waar de helling van de pH,V-grafiek maximaal is. Bij een tweevoudig zuur vinden wij twee pieken in de afgeleide voor maleïnezuur.

Citeren

Deze pH-waarden zijn in ons geval te beschouwen als de pKz-waarden. De pKz-waarden van maleïnezuur verschillen ten opzichte van zijn isomeer in trans-formatie, fumaarzuur. Door die formatie kunnen minder H-bruggen gevormd worden dan bij maleïnezuur. Fumaarzuur heeft daardoor andere pKz-waarden.
Schets in de grafiek van de afgeleide van titratie 4 (kies Grafiek schetsen) met een andere kleur de pieken van de afgeleide van de titratie met fumaarzuur (in dezelfde omstandigheden).

Met deze informatie kunnen wij de vraag volgens mij beantwoorden:

 flamey, op 30 December 2010, 22:41, zei:

Waterstofbruggen maken in het algemeen protonen minder zuur, omdat je een binding moet verbreken die redelijk sterk is (waterstofbrug) om te kunnen deprotoneren.

Redeneren we juist als we stellen:
- fumaarzuur kan minder H-bruggen vormen (deze informatie is gegeven, dus dat moeten we sowieso gebruiken)
- minder H-bruggen vergemakkelijkt de deprotonatie
- fumaarzuur is dus zuurder dan maleïnezuur
- beide pKz-waarden van fumaarzuur zijn dus lager dan die van maleïnezuur.
- de pieken in de afgeleide van de pKz,V-grafiek zijn dus lager???

[flamey]

Wat ik probeerde te zeggen is dat de informatie "fumaarzuur kan minder H-bruggen vormen", alleen betrekking heeft op intramoleculaire waterstofbruggen. Dit is een waterstofbrug in hetzelfde molecuul. Fumaarzuur kan dergelijke H-bruggen niet vormen.

In maleinezuur heb je dus 2 H's. De ene H doet mee aan de intramoleculaire H-brug, de andere H noem ik dan voor het gemak ongebonden. Zie ook de structuurformule: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Maleic-a...-skeletal-A.png. De aanwezigheid van de H-brug maakt de ongebonden H erg zuur, zuurder dan elk ander proton van maleinezuur. Titreer je maleinezuur dan gaat deze H er als eerste af.

Voor fumaarzuur maakt het niets uit welke H je er eerst afhaalt. Het molecuul heeft symmetrie: beide H's zijn equivalent. Maar het tweede proton is zuurder dan het tweede proton van maleinezuur omdat je geen H-brug hoeft te breken.

Mijn advies: kijk goed welke H je er af wordt gehaald! Dit maakt verschil. De informatie die jullie toegereikt kregen, zou ik zeggen, is dus ontoereikend. Je moet precies weten welke H-bruggen er bedoeld worden (intermoleculaire of intramoleculaire).

Vergelijk ook eens met literatuurwaardes voor de pKz (pKz1 1e proton, pKz2 2e proton).

Maleinezuur: pKz1=1,93 en pKz2=6,58.
Fumaarzuur: pKz1=3,03 en pKz2=4,44.

Veranderd door flamey, 31 december 2010 - 11:37