Chemie 512: Reaktionslehre 2/3

Farbstoffe, welche sich bei Säuren und Basen unterschiedlich färben.

Durch die Oxonium-Ionen (H₃O⁺), welche bei der Reaktion eines Säure- mit einem Wasser--Molekül entstehen.

Je höher die Oxonium-Konzentration, desto saurer die Lösung.

Durch die Hydroxid-Ionen (OH^-), welche bei der Reaktion einer Base mit Wasser entstehen.

Alkalische Wirkung umso stärker, je höher die Hydroxid-Ionen-Konzentration.

Trennung eines Säure-Moleküls in ein Wasserstoff-Ion (H⁺) und ein Säurerest-Ion.

In einem Säure-Molekül muss mindestens ein Wasserstoff-Atom deutlich polar gebunden sein.

Eine Base muss mindestens ein freies Elektronenpaar besitzen.

Eine Säure wird durch Abgabes eines Protons zu einer Base. Dieses wird bei der Rückreaktion durch Protonenaufnahme wieder zur Säure. Man nennt dies ein korrelierendes Säure-Base-Paar.

Die Säurestärke beschreibt die Neigung zur Protonenabgabe. Als Mass der Säurestärke dient die Säuerkonstante (Anteil der Säure-Moleküle, die ihr Proton ans Wasser abgeben).

Je höher die Säurekonstante (oben in der Reihe), desto weiter rechts liegt das Gleichgewicht zwischen Säure und korrespondierender Base.

Die Säurestärke ist eine Stoffeigenschaft. Sie hat nichts mit der Säurekonzentration oder der Wirkung einer Säure zu tun!

Ja, wenn die Konzentration der Flusssäure viel höher ist, kann die Lösung trotz geringerer Säurestärke eine höhere H₃O⁺-Konzentration aufweisen, und dadurch einen geringeren pH-Wert.

Die Säurestärke nimmt mit der Polarität und der Länge der H-A-Bindung zu. Die Polarität ist nicht nur von der Elektronegativität des direkten Bindungspartners (z.B. O) des H-Atoms abhängig, sondern auch von weiteren Atomen, die ans O-Atom gebunden sind (und damit die Polarität verstärken oder abschwächen).

Es lässt sich grundsätzlich sagen: Innerhalb einer Gruppe nimmt die Säurestärke wegen der Zunahme der Bindungslänge zu. Innerhalb einer Periode nimmt die Säurestärke wegen der Zunahme der Polarität zu.

Die Basenstärke ist wie die Säurestärke eine Stoffeigenschaft und bezeichnet die Neigung zur Protonenaufnahme.

Je stärker eine Säure, desto schwächer die korrelierende Base.

Das Gleichgewicht liegt immer auf der Seite mit der schwächeren Säure, bzw. der schwächeren Base.

Es genügt, entweder die Säuren oder die Basen einer Reaktion miteinander zu vergleichen, um das Gleichgewicht zu bestimmen.

Teilchen, die als Base oder als Säure reagieren können. Neben Wasser sind es meist Hydrogen...-Ionen (HSO₄^-).

Reaktion einer sauren Lösung mit einer Base. Dabei reagieren die H₃O⁺-Ionen mit den OH^--Ionen zu Wasser.

Eine Neutralisation ist vollständig, wenn die Stoffmengen der Säure und Base äquivalent sind (das heisst, wenn sie in der Zahl der H₃O⁺- und OH^--Ionen übereinstimmen.

Ist die Säure mehrprotonig (gibt mehr als ein Proton ab), braucht es die vielfache Menge des Hydroxids. Ist die Base mehrwertig (mehr als ein Hydroxid-Ion), braucht es entsprechend das Vielfache der Säure.

H₂SO₄   +   2 KOH   ——►   2 H₂O   +   CaCl₂

SO₂ : H₂SO₃ (Schwefelige Säure)

SO₃ : H₂SO₄ (Schwefelsäure)

P₄O₁₀ : H₃PO₄ (Phosphorsäure)

CO₂ : H₂CO₃ (Kohlensäure)

Salzsäure: Lösung aus Wasserstoffchlorid (HCl) in Wasser. Kommt im Magensaft des Menschen vor. Trägt zum sauren Regen bei.

Schwefelsäure (H₂SO₄): Entsteht bei Reaktion von Schwefeltrioxid mit Wasser. Zweiprotonige Säure, gibt in Wasser die erste praktisch vollständig ab.

Salpetersäure (HNO₃): Entsteht bei Reaktion von NO₂ mit Sauerstoff und Wasser.

Carbonsäuren (organische Säuren): Ameisensäure, Essigsäure, Citronensäure, Weinsäure etc. Enthalten alle die Atomgruppe -COOH. Carbonsäuren spalten nur das Proton dieser Gruppe ab.

Ammoniak (NH₃)

Hydroxide: Enthalten Hydroxid-Ionen (OH^-) als Anionen. Bekannte Alkalimetall-Hydroxide sind NaOH (bildet in Wasser Natronlauge) und KOH (bildet Kalilauge).

Carbonate: In Wasser entsteht Kohlensäure, die leicht zerfällt. Wird zur Neutralisation eingesetzt.

Dies liegt an der Autoprotolyse des Wassers. Wasser-Moleküle reagieren in sehr kleiner Anzahl mit anderen zu H₃O⁺ und OH^-.

Das Ionenprodukt K_W berechnet sich aus dem Produkt der OH^-- und der H₃O⁺-Ionen. (Im Gegensatz zur normalen Gleichgewichtskonstante K wird also die Division durch c(H₂O) weggelassen.

In reinem Wasser ist c(H₃O⁺) = c(OH^-). Werden nun geringe Mengen von Säuren oder Basen hinzugefügt, bleibt das Ionenprodukt konstant, da sich bei einer Vervielfachung der Oxonium-Ionen die Hydroxid-Ionen entsprechend verringern und umgekehrt.

K_w = c(H₃O⁺) * c(OH^-) = 10^-14 mol²/L² (bei 25°)

Der pH-Wert ist der negative Zehner-Logarithmus des Zahlenwerts der Oxonium-Ionen-Konzentration. Ist die Oxonium-Konzentration klein (10^-14), so ist der pH-Wert gross (14).

Der pOH-Wert gibt analog zum pH-Wert den negativen Logarithmus des Zahlenwerts der Hydroxid-Ionen-Konzentration an. pH + pOH = 14