Examentrainers

Wijn bevat meerdere zuren. Samen zijn deze van invloed op de smaak en op de pH van de wijn. Eén van die zuren is wijnsteenzuur.

Wijnsteenzuur is een tweewaardig zuur. Dat betekent dat een molecuul wijnsteenzuur twee H⁺ ionen kan afsplitsen. Het negatieve ion dat ontstaat wanneer een molecuul wijnsteenzuur één H⁺ heeft afgestaan, wordt waterstoftartraat genoemd. Het negatieve ion dat ontstaat wanneer wijnsteenzuur twee H⁺ ionen afsplitst wordt tartraat genoemd. In het vervolg van deze opgave wordt wijnsteenzuur weergegeven met H₂T, waterstoftartraat met HT^- en tartraat met T^2-.
Wijn is soms troebel. Dit wordt vaak veroorzaakt doordat er slecht oplosbaar kaliumwaterstoftartraat wordt gevormd. Het volgende heterogene evenwicht heeft zich dan ingesteld:

KHT(s) K⁺(aq) + HT^- (aq) (evenwicht 1)

Om te verhinderen dat wijn in de fles troebel wordt, wordt wijn eerst in een vat gedurende enkele dagen afgekoeld tot ongeveer 0 °C. Bij die temperatuur slaat een groot deel van het kaliumwaterstoftartraat neer en blijft in het vat achter. Daarna wordt de wijn in flessen overgebracht.

Wijnsteenzuur ioniseert in twee stappen:
H₂T + H₂O H₃O⁺ + HT^- (evenwicht 2)
HT^- + H₂O H³O+ + T^2- (evenwicht 3)

Tijdens het neerslaan van KHT dalen de concentraties van de deeltjes H₂T en T^2-.

Voor evenwicht 2 geldt K_z,2 = 9,1·10^-4 en voor evenwicht 3 geldt K_z,3 = 4,3·10^-5 (298 K).
Met behulp van bovenvermelde zuurconstanten kan men berekenen dat bij pH = 3,70 de concentratie van wijnsteenzuur, [H₂T], vrijwel gelijk is aan de concentratie van tartraat, [T^2-].

Men heeft onderzocht of en zo ja hoe de pH van de wijn verandert ten gevolge van het neerslaan van kaliumwaterstoftartraat. Daarbij spelen de begin-pH van de wijn en de ionisatie-evenwichten van wijnsteenzuur een belangrijke rol.
In dit onderzoek heeft men een aantal experimenten uitgevoerd. In één van die experimenten was de begin-pH van de oplossing 3,70 en in een ander experiment was de begin-pH van de oplossing hoger dan 3,70.

Experiment 1
Bij kamertemperatuur werd in 25 mL water 1,0 gram natriumtartraat (Na₂T) opgelost. Met 1,0 M zoutzuur werd de pH op een waarde van 3,70 gebracht.
De oplossing werd verwarmd tot ongeveer 40 °C. Daarna werd 1,0 gram kaliumchloride opgelost. Vervolgens liet men de oplossing gedurende 15 minuten afkoelen tot kamertemperatuur.
Tijdens het afkoelen werd om de 30 seconden de pH gemeten. Het bleek dat de pH vrijwel constant bleef (zie diagram 1).

Experiment 2
Dit experiment met de hogere begin-pH was verder gelijk aan het experiment bij pH = 3,70. In dit experiment bleek de pH gedurende het afkoelen te stijgen (zie diagram 2).



Bij deze proeven sloeg kaliumwaterstoftartraat neer. Hoe lager de temperatuur, hoe meer kaliumwaterstoftartraat neersloeg. Hierdoor dalen de concentraties van H₂T en T^2- in beide experimenten.

Leg met behulp van evenwichten 2 en 3 uit of de daling van de [H₂T] in experiment 1 groter of kleiner is dan de daling van de [T^2-] of dat de dalingen van deze concentraties aan elkaar gelijk zijn.

Neem aan dat de waarden van K_z,2 en K_z,3 en K_w niet veranderen bij beide experimenten.