DEFINITIONEN REINES WASSER

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1 SÄUREN UND BASEN 1) DEFINITIONEN REINES WASSER enthält gleich viel H + Ionen und OH Ionen aus der Reaktion H 2 O H + OH Die GGWKonstante dieser Reaktion ist K W = [H ]*[OH ] = In die GGWKonstante dieser Reaktion ist die Konzentration von H 2 O mit einbezogen, da sich diese Konzentration kaum ändert (es gibt nur sehr wenige H + und OH ) SÄUREN H Ionen Wasserstoffkationen, Protonen; liegen in Wasser gebunden vor: H 3 O Hydronium erzeugen in wässriger Lösung BASEN OH Ionen HydroxidIonen [H ] * [OH ] bleibt auch in diesen Lösungen immer 10 14!! X sauer neutral basisch 2) DER PHWERT ph = log 10 [H ] Der phwert gibt indirekt die Konzentration (in mol/l) an H Ionen an: ph = log 10 [H ] Neutrale Lösung: da [H ] = [OH ] gilt [H ] = 10 7 mol/l Saure Lösung: da [H ] > [OH ] gilt [H ] > 10 7 mol/l also ist der ph < 7 also ist der ph = 7 Basische Lösung: da [H ] < [OH ] gilt [H ] < 10 7 mol/l also ist der ph > 7

2 Messung des phwertes wässriger Lösungen el. Messgerät: phelektrode mit digitaler Anzeige Universalindikator: nimmt je nach phwert eine andere Farbe an, gibt es als Lösung und als phpapier (Teststreifen) SäureBaseIndikator: sind Stoffe, die bei Durchschreitung eines bestimmten phwerts ihre Farbe ändern Der pohwert Dieser ist definiert als poh = log 10 [OH ] In einer Lösung gilt: poh + ph = 14 Säuren bilden H Ionen durch Abgabe von H Aufnahme von OH aus Wasser: HREST H + Säure + H 2 O Rest SäureOH + H z.b.: HNO 3 H + NO 3 3) BILDUNG DER IONEN H UND OH z.b.: Fe 3 + H 2 O Fe(OH) 2 + H Basen bilden OH Ionen durch Abgabe von OH RESTOH REST + OH z.b.: KOH K + OH Aufnahme von H aus Wasser Base + H 2 O HBase + OH z.b.: CO H 2 O HCO 3 + OH ORGANISCHE SÄUREN: CARBONSÄUREN Sind üblicherweise aus C,H und O aufgebaut und weisen als gemeinsames Strukturmerkmal eine Carboxylgruppe auf. ORGANISCHE BASEN: AMINE Sind üblicherweise aus C,H und N aufgebaut und weisen als gemeinsames Strukturmerkmal eine Aminogruppe auf. H 3 C NH 2 + H 2 O + H 3 C NH 3 + HO Rest nennt man die Base zu HREST, da er durch Protonenaufnahme wieder basisch reagieren kann Korrespondierende SäureBasePaare SäureOH nennt man die Base zur Säure, da SäureOH durch Hydroxidabgabe wieder basisch REST nennt man die Säure zu RESTOH, da REST durch Hydroxidaufnahme wieder sauer HBase nennt man die Säure zur Base, da sie durch Protonenabgabe wieder sauer

3 schwache Base starke Base Zusammenfassung Zusammenfassung Kapitel 6 4) STÄRKE DER SÄUREN UND BASEN Starke Säuren reagieren vollständig zu Starke Basen reagieren vollständig zu Kation H und Anion : HCl H + Cl und OH : NaOH Na + OH (dieser Zerfall wird auch Dissoziation genannt: sie sind vollständig dissoziiert) Schwache Säuren reagieren nur Schwache Basen reagieren nur teilweise zu teilweise zu H und Anion : H 2 CO 3 H + HCO 3 NH 4 OH NH 4 + OH Kation und OH : B(OH) 3 + H 2 O B(OH) 4 + H 3 PO H 2 O HPO 4 + OH Die Gleichgewichtskonstanten: (Wasser wird in die Konstante mit einbezogen!) pk S = log 10 K S pk B = log 10 K B für Säuren und Basen gilt: pk B + pk S = 14 SÄUREN 5) BEISPIELE FÜR SÄUREN UND BASEN BASEN schwache Säure starke Säure Säure pk S korresp. Base pk B HCl Salzsäure 6 Cl Chlorid 20 H 2 SO 4 3 HSO 4 17 Schwefelsäure Hydrogensulfat HSO 4 1,92 2 SO 4 12,08 Hydrogensulfat Sulfat HNO 3 1,32 NO 3 19,32 Salpetersäure Nitrat Fe 3+ 2,22 Fe(OH) 2+ 11,78 H 3 CCOOH 4,75 H 3 CCOO 9,25 Essigsäure ( HAc ) Acetat ( Ac ) H 2 CO 3 6,52 HCO 3 7,48 Kohlensäure Hydrogencarbonat HCO 3 10,4 2 CO 3 3,6 Hydrogencarbonat Carbonat + NH 4 9,25 NH 3 4,75 Ammonium Ammoniak Teilchen, die sowohl sauer als auch basisch reagieren können nennt man amphoter z.b.: Hydrogencarbonat HCO : 3 HCO 3 CO H H 2 O + HCO 3 H 2 CO 3 + OH

4 6) EIGENSCHAFTEN WICHTIGER SÄUREN UND BASEN HCl (aq) Salzsäure: starke Säure Sie ist die wässrige Lösung des Gases Chlorwasserstoff HCl. H 2 SO 4 Schwefelsäure: starke Säure Konzentriert ist sie stark wasseranziehend: hygroskopisch HNO 3 Salpetersäure: starke Säure Sie wirkt stark oxidierend. Deshalb kann sie als einzige Säure die Edelmetalle Kupfer und Silber auflösen. H 2 CO 3 Kohlensäure: schwache Säure Instabile Säure: Zerfällt zu Kohlendioxid und Wasser: H 2 CO 3 H 2 O + CO 2 NaOH (aq) Natronlauge: starke Base Wässrige Lösung des Salzes Natriumhydroxid NaOH. Festes NaOH ist meist in Form von Plätzchen im Handel. NH 3(aq) Ammoniaklösung: mittelstarke Base Wässrige Lösung des Gases Ammoniak NH 3. Die Lösung wird oft ungenau auch als Ammoniak benannt. 7) WICHTIGE REAKTIONEN 7.1. Die Neutralisation; Säure + Base Salz + Wasser Bei der Neutralisation treffen Säuren und Basen aufeinander. Die von Säuren gebildeten Protonen und die von den Basen gebildeten HydroxidIonen reagieren dabei zu Wasser, sie heben sich in ihrer Wirkung auf sie neutralisieren sich. Neutralisationsreaktionen sind keine Gleichgewichtsreaktionen. Beispiel: Lösung von Chlorwasserstoff in Wasser: HCl H + + Cl Lösung von Natriumhydroxid in Wasser: NaOH Na + + OH Vereinigen der beiden Lösungen: H + + Cl + Na + + OH Na + + Cl + H 2 O Lösung ist sauer Lösung ist basisch Lösung ist neutral Allgemein: Säure und Base reagieren zu Wasser und Salz Das Wort Salz deckt sich im Fall von NaCl mit der Bezeichnung dieses Stoffes im Alltag. Chemisch betrachtet nennt man alle Verbindungen mit Ionenbindungen Salze. Vollständige und teilweise Neutralisation: a) teilweise Neutralisation: nur ein H + der Schwefelsäure wird neutralisiert H 2 SO 4 aq + KOH aq K + aq + HSO 4 aq + H 2 O (=KHSO 4, Kaliumhydrogensulfat, aq steht für gelöst in Wasser ) b) vollständige Neutralisation: alle vorhandenen OH und H + werden in Wasser umgewandelt H 2 SO 4 aq + 2 KOH aq 2 K + 2 aq + SO 4 aq + 2 H 2 O (=K 2 SO 4, Kaliumsulfat)

5 7.2. Metalloxide + Wasser Base Löst man Metalloxide in Wasser entstehen Basen: Na 2 O + 2 H 2 O 2 NaOH aq (Ausnahmen: Eisen, Aluminium) 7.3. Nichtmetalloxide + Wasser Säure Löst man Nichtmetalloxide in Wasser entstehen Säuren: SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 P 2 O H 2 O 2 H 3 PO 4aq 7.4. Unedle Metalle + Säuren Wasserstoff + Salz Unedle Metalle reagieren mit H + Ionen (also mit allen Säuren) zu Wasserstoff und einem Salz: Zn + 2 HCl aq ZnCl 2(aq) + H Reaktion von Säuren mit Salzen Für die Reaktion von Säuren mit Salzen gibt es zwei wichtige Regeln Die schwer flüchtige Säure treibt die leichter flüchtige Säure aus ihren Salzen : Die stärkere Säure treibt die schwächere Säure aus ihren Salzen : HClGas ist im Gegensatz zu H 2 SO 4 flüchtig. Es entweicht aus der Lösung und verschiebt deshalb das Gleichgewicht auf die rechte Seite. NaHCO 3 ist ein Salz der Kohlensäure, die eine schwächere Säure als Salzsäure ist. Deshalb kann Salzsäure mit Natriumhydrogencarbonat reagieren und dadurch Kohlensäure bilden. 8) PUFFER Ein Puffersystem ist eine Lösung, die trotz Zugabe einer Säure oder Base den phwert der Lösung in gewissen Grenzen konstant hält. Als Puffer werden normalerweise Lösungen verwendet, die eine mittelstarke Säure und ihre Base in gleicher Konzentration enthalten. Für alle Säuren gilt: HA H + + A mit Durch Umformung lässt sich daraus die HendersonHasselbalchGleichung herleiten: Diese Gleichung gibt den phwert einer Pufferlösung an, wenn die Lösung die Konzentration [HA] an Säure und die Konzentration [A ] ihrer konjugierten Base hat.

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