Säure/Base - Reaktionen. 6) Titration starker und schwacher Säuren/Basen. Elektrolytische Dissoziation. AB(aq)

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1 Säure/Base - Reaktionen 1) Elektrolytische Dissoziation ) Definitionen Säuren Basen ) Autoprotolyse 4) p- und po-wert 5) Stärke von Säure/Basen 6) Titration starker und schwacher Säuren/Basen 7) Puffersysteme 1 Elektrolytische Dissoziation AB(aq) A (aq) B - (aq) Stoffe, die in Lösung Ionen bilden, heißen Elektrolyte. Es gilt das Massenwirkungsgesetz [ A ] [ B ] - K D = [ AB] K D : Dissoziationskonstante Dissoziation ist umso stärker, je größer K D ist schwache und starke Elektrolyte

2 Dissoziationsgrad α AB(aq) A (aq) B - (aq) Der Dissoziationsgrad α gibt an wie groß der Prozentsatz an dissoziierten Teilchen (A, B - ) ist. α kann Werte zwischen 0 und 1 annehmen (0 α 1) dissoziierte Spezies: c(a ) = c(b - ) = α c 0 nicht dissoziierte Spezies: c = (1 α) c 0 - [ A ] [ B ] α c0 α c0 α c0 K = = = D [ AB] ( 1α) c ( 1α) 0 c 0 : Startkonzentration von AB c K D 0 α = 1 ( α ) Ostwaldsches Verdünnungsgesetz: bei niedrigerer Konzentration steigt α Dissoziationsgrad α als Funktion der Konzentration Dissoziation von Essigsäure (Ac, OOCC ) O Ac O Ac - c 0 / mol/l α (1. %) (4.4 %) (95. %) (100 %) auch schwache Elektrolyte sind bei hoher Verdünnung praktisch vollständig dissoziiert. 4

3 Säuren und Basen Definition nach Arrhenius Säuren dissoziieren in Wasser in Wasserstoff- Kationen und Säurerest-Anionen Die Wasserstoff-Kationen sind entscheidend für die Säuremerkmale. Svante Arrhenius ( ), Nobelpreis 190 Basen sind Verbindungen, die in Wasser ydroxid-anionen und Metall-Kationen bilden. Die ydroxid-anionen (O - ) sind entscheidend für den Basencharakter. Säure: Cl Cl - Base: NaO Na O - Neutralisation: Cl NaO NaCl O Säure Base Salz 5 Das Protonen-Donator-Akzeptor-Konzept Säuren sind Teilchen, die Protonen abgeben Protonendonatoren Basen sind Teilchen, die Protonen aufnehmen Protonenakzeptoren Johannes Nicolaus Brønsted ( ) 6

4 Das Elektronen-Donator-Akzeptor-Konzept Säuren sind Elektronenpaar-Akzeptoren. Basen sind Elektronenpaar-Donatoren. Gilbert Newton Lewis ( ) 7 Lewis-Säure-Base vs. Brønsted-Säuren-Basen Die Säure-Base Definition von Brønsted ist ein Sonderfall der Säure-Base Defintion von Lewis Lewis-Säuren sind Elektronenpaar-Akzeptoren Brønsted-Säuren sind -Donatoren Lewis-Basen sind Elektronenpaar-Donatoren Brønsted-Basen sind -Akzeptoren O O N 8

5 Brønsted- Säuren und - Basen konjugierte Säure-Base-Paare Nur in Anwesenheit einer Base kann die Säure als solche reagieren (und umgekehrt) Eine Säure geht durch Abspaltung eines Protons in ihre konjugierte Base über (und umgekehrt). 9 Brønsted- Säuren und - Basen konjugierte Säure-Base-Paare Eine Base geht durch Aufnahme eines Protons in ihre konjugierte Säure über. O reagiert mit NO als Base und mit N als Säure. Ampholyte sind Stoffe die als Säure und als Base reagieren können (Amphoterie). 10

6 Welche Ionen bilden Säuren in Wasser? Chlorwasserstoffsäure (Salzsäure) ydratisierte ydroniumionen: 5 O und 9 O Welche Ionen bilden Basen in Wasser? Dissoziation eines ydroxid-salzes, Natriumhydroxid: NaO O Na (aq) O (aq) Protonenübertragung von Wassermolekülen: N O N O 1

7 Säure-Base-Reaktionen ohne Wasser Bildung von Ammoniumchlorid (N 4 Cl): Reaktion in der Gasphase: Säure-Base-Reaktionen sind nicht auf das wässrige Medium beschränkt. 1 Mehrbasige Säuren und Basen Mehrprotonige Säuren: PO 4, SO 4, Si(O) 4 1. Dissoziationskonstante: SO 4 O SO 4 - O. Dissoziationskonstante: SO 4 - O SO 4 - O Mehrbasige Basen: Ca(O), NN 1. Protonierungskonstante: NN O NN O -. Protonierungskonstante: NN O NN O - 14

8 Autoprotolyse von Wasser O O O O O O O O Aber: auf ~550 Mio Wassermoleküle kommt nur ein dissoziiertes Wassermolekül! O O O O 15 Ionenprodukt des Wassers O O- O O [ O ] [O ] = K [ O] [ O] [ O ] [O ] = K [ O] c c [ O ] [O ] = K [ O] c [O] konstant [ O ] [O ] = K [ O ] [O ] = K [ O]ges c w KW = moll 16

9 Wärmetönung des Ionenproduktes O O 57.4 kj O O - Die Spaltung von Wasser ist endotherm und erfordert 57.4 kj/mol. Neutralisationswärme Entsteht bei einer Neutralisationsreaktion Wasser wird unabhängig von den eingesetzten Spezies eine Wärme von 57.4 kj/mol frei. Cl NaO NaCl O SO 4 Ca(O) CaSO 4 O Säure Base Salz 17 Wann ist eine Lösung sauer, wann basisch? saure Lösung: 7 [ O ] > 10 > [ O ] alkalische Lösung: 7 [ O ] < 10 < [ O ] 18

10 Erinnerung: Rechnen mit Logarithmen 19 p = - lg [ O ] Der p-wert Der p-wert ist der negative dekadische Logarithmus der Wasserstoffionenkonzentration saure Lösung: p < 7 alkalische Lösung: p > 7 neutrale Lösung: p = 7 0

11 Der po-wert po = - lg [O - ] p po = pk w = 14 1 Der p-wert - Beispiele

12 Der p-wert - Indikatoren Indikatoren sind schwache organische Säuren oder Basen, die ihre Farbe ändern, wenn sie mit Säuren oder Basen reagieren Indikatoren - Beispiele Phenolphthalein 4

13 Indikatoren - Beispiele Cyanidin aus Rotkohl 5 wichtige Begriffe: Elektrolyte, Dissoziation, Dissoziationsgrad Ostwaldsche Verdünnungsgesetz Säure-Base-Definitionen nach Arrhenius, Brönsted und Lewis Konjugierte (korrespondierende) Säure-Base-Paare Ampholyt, amphoteres Verhalten Mehrbasige Säuren und Basen Neutralisationsreaktion, Neutralisationswärme Autoprotolyse von Wasser, Ionenprodukt von Wasser Definitionen: p-wert, Indikator 6

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