1/37. Das Protolysegleichgewicht. Wie könnte man die Stärke einer Säure quantitativ definieren?

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1 Das Protolysegleichgewicht 1/37 Wie könnte man die Stärke einer Säure quantitativ definieren?

2 Das Protolysegleichgewicht 2/37 Wie könnte man die Stärke einer Säure quantitativ definieren? Ein erster Ansatz wäre es, den Protolysegrad der Säure anzugeben. Salzsäure:! Essigsäure:

3 Das Protolysegleichgewicht 3/37 Wie könnte man die Stärke einer Säure quantitativ definieren? Ein erster Ansatz wäre es, den Protolysegrad der Säure anzugeben. Salzsäure:! Protolysegrad 1,00 bzw. 100% Essigsäure:!Protolysegrad 0,01 bzw. 1%

4 Das Protolysegleichgewicht 4/37 Wie könnte man die Stärke einer Säure quantitativ definieren? Bei starken Säuren wie HCl liegt das Gleichgewicht der Protolyse weit auf der rechten Seite: HCl + H2O H3O + + Cl -

5 Das Protolysegleichgewicht 5/37 Wie könnte man die Stärke einer Säure quantitativ definieren? Bei starken Säuren wie HCl liegt das Gleichgewicht der Protolyse weit auf der rechten Seite: HCl + H2O H3O + + Cl - Anwendung des Massenwirkungsgesetzes auf die Protolyse:

6 Das Protolysegleichgewicht 6/37 Wie könnte man die Stärke einer Säure quantitativ definieren? Bei starken Säuren wie HCl liegt das Gleichgewicht der Protolyse weit auf der rechten Seite: HCl + H2O H3O + + Cl - Anwendung des Massenwirkungsgesetzes auf die Protolyse: K = c(h3o + ) * c(cl - ) c(h2o) * c(hcl)

7 Das Protolysegleichgewicht 7/37 Wie könnte man die Stärke einer Säure quantitativ definieren? Bei starken Säuren wie HCl liegt das Gleichgewicht der Protolyse weit auf der rechten Seite: HCl + H2O H3O + + Cl - Anwendung des Massenwirkungsgesetzes auf die Protolyse: K = c(h3o + ) * c(cl - ) c(h2o) * c(hcl) hohe Konzentration im Gleichgewicht sehr niedrige Konzentration Konzentration nahezu konstant

8 Das Protolysegleichgewicht 8/37 Wie könnte man die Stärke einer Säure quantitativ definieren? Bei starken Säuren wie HCl liegt das Gleichgewicht der Protolyse weit auf der rechten Seite: HCl + H2O H3O + + Cl - Anwendung des Massenwirkungsgesetzes auf die Protolyse: K = c(h3o + ) * c(cl - ) c(h2o) * c(hcl) hohe Konzentration im Gleichgewicht sehr niedrige Konzentration, eventuell sogar 0! Konzentration nahezu konstant Im Gleichgewichtszustand liegen kaum noch HCl-Moleküle vor, aber eine recht hohe Konzentration von H3O + - und Cl - -Ionen. Der Wert der Gleichgewichts-Konstante K ist also sehr groß. Bei HCl (und anderen starken Säuren) ist K nicht definiert, wenn c(hcl) = 0 ist.

9 Das Protolysegleichgewicht 9/37 Wie könnte man die Stärke einer Säure quantitativ definieren? Bei schwachen Säuren liegt das Gleichgewicht der Protolyse weit auf der linken Seite: HA + H2O H3O + + A -

10 Das Protolysegleichgewicht 10/37 Wie könnte man die Stärke einer Säure quantitativ definieren? Bei schwachen Säuren liegt das Gleichgewicht der Protolyse weit auf der linken Seite: HA + H2O H3O + + A - Anwendung des Massenwirkungsgesetzes auf die Protolyse:

11 Das Protolysegleichgewicht 11/37 Wie könnte man die Stärke einer Säure quantitativ definieren? Bei schwachen Säuren liegt das Gleichgewicht der Protolyse weit auf der linken Seite: HA + H2O H3O + + A - Anwendung des Massenwirkungsgesetzes auf die Protolyse: K = c(h3o + ) * c(a - ) c(h2o) * c(ha)

12 Das Protolysegleichgewicht 12/37 Wie könnte man die Stärke einer Säure quantitativ definieren? Bei schwachen Säuren liegt das Gleichgewicht der Protolyse weit auf der linken Seite: HA + H2O H3O + + A - Anwendung des Massenwirkungsgesetzes auf die Protolyse: K = c(h3o + ) * c(a - ) c(h2o) * c(ha) geringe Konzentration im Gleichgewicht hohe Konzentration, fast c0 Konzentration nahezu konstant

13 Das Protolysegleichgewicht 13/37 Wie könnte man die Stärke einer Säure quantitativ definieren? Bei schwachen Säuren liegt das Gleichgewicht der Protolyse weit auf der linken Seite: HA + H2O H3O + + A - Anwendung des Massenwirkungsgesetzes auf die Protolyse: K = c(h3o + ) * c(a - ) c(h2o) * c(ha) geringe Konzentration im Gleichgewicht hohe Konzentration, fast c0 Konzentration nahezu konstant Im Gleichgewichtszustand liegen noch sehr viele HA-Moleküle vor, aber kaum H3O + - und A - -Ionen. Der Wert der Gleichgewichts-Konstante K ist also sehr klein.

14 Das Protolysegleichgewicht 14/37 Wie könnte man die Stärke einer Säure quantitativ definieren? Indem man die Gleichgewichtskonstante K der Protolyse mit Wasser angibt. K = c(h3o + ) * c(a - ) c(h2o) * c(ha) Je größer der Wert von K, desto stärker die Säure.

15 Das Protolysegleichgewicht 15/37 Wie könnte man die Stärke einer Säure quantitativ definieren? Indem man die Gleichgewichtskonstante K der Protolyse mit Wasser angibt. c(h3o + ) * c(a - ) [H3O + ] * [ A - ] K = K = c(h2o) * c(ha) [ H2O] * [ HA] Alternative Schreibweise Je größer der Wert von K, desto stärker die Säure.

16 16/37 Die Säurekonstante KS Wie könnte man die Stärke einer Säure quantitativ definieren? Indem man die Gleichgewichtskonstante K der Protolyse mit Wasser angibt. K = c(h3o + ) * c(a - ) c(h2o) * c(ha) Je größer der Wert von K, desto stärker die Säure. Bei der Dissoziation einer Säure ändert sich die Konzentration des Wassers vernachlässigbar wenig, c(h2o) kann als konstant angesehen werden. Daher formuliert man obige Gleichung um

17 17/37 Die Säurekonstante KS Wie könnte man die Stärke einer Säure quantitativ definieren? Indem man die Gleichgewichtskonstante K der Protolyse mit Wasser angibt. K = c(h3o + ) * c(a - ) c(h2o) * c(ha) Je größer der Wert von K, desto stärker die Säure. Bei der Dissoziation einer Säure ändert sich die Konzentration des Wassers vernachlässigbar wenig, c(h2o) kann als konstant angesehen werden. Daher formuliert man obige Gleichung um K * c(h2o) = KS = c(h3o + ) * c(a - ) c(ha)

18 18/37 Die Säurekonstante KS Wie könnte man die Stärke einer Säure quantitativ definieren? Indem man die Gleichgewichtskonstante K der Protolyse mit Wasser angibt. K = c(h3o + ) * c(a - ) c(h2o) * c(ha) Je größer der Wert von K, desto stärker die Säure. Bei der Dissoziation einer Säure ändert sich die Konzentration des Wassers vernachlässigbar wenig, c(h2o) kann als konstant angesehen werden. Daher formuliert man obige Gleichung um K * c(h2o) = KS = c(h3o + ) * c(a - ) c(ha) Die beiden Konstanten K und c(h2o) werden zur neuen Konstante KS zusammengefasst. KS wird als Säurekonstante bezeichnet, welche ein Maß für die Stärke einer Säure ist.

19 Der pks-wert 19/37 Der pks-wert ist der negative dekadische Logarithmus des KS-Wertes.

20 Der pks-wert 20/37 Der pks-wert ist der negative dekadische Logarithmus des KS-Wertes. Je stärker eine Säure, desto kleiner ist ihr pks-wert.

21 Der pks-wert 21/37 Der pks-wert ist der negative dekadische Logarithmus des KS-Wertes. Je stärker eine Säure, desto kleiner ist ihr pks-wert.

22 Der pks-wert 22/37 Der pks-wert ist der negative dekadische Logarithmus des KS-Wertes. Je stärker eine Säure, desto kleiner ist ihr pks-wert. Grundlage für die Berechnung des pks-wertes einer Säure ist die Gleichung:

23 Der pks-wert 23/37 Der pks-wert ist der negative dekadische Logarithmus des KS-Wertes. Je stärker eine Säure, desto kleiner ist ihr pks-wert. Grundlage für die Berechnung des pks-wertes einer Säure ist die Gleichung: KS = c(h3o + ) * c(a - ) c(ha)

24 Der pks-wert 24/37 Der pks-wert ist der negative dekadische Logarithmus des KS-Wertes. Je stärker eine Säure, desto kleiner ist ihr pks-wert. Grundlage für die Berechnung des pks-wertes einer Säure ist die Gleichung: KS = c(h3o + ) * c(a - ) c(ha) Da jedoch c(h3o + ) = c(a - ) ist, kann man die Gleichung noch etwas vereinfachen:

25 Der pks-wert 25/37 Der pks-wert ist der negative dekadische Logarithmus des KS-Wertes. Je stärker eine Säure, desto kleiner ist ihr pks-wert. Grundlage für die Berechnung des pks-wertes einer Säure ist die Gleichung: KS = c(h3o + ) * c(a - ) c(ha) Da jedoch c(h3o + ) = c(a - ) ist, kann man die Gleichung noch etwas vereinfachen: KS = c(h3o + ) 2 c(ha)

26 Berechnung des KS-Wertes von Essigsäure 26/37 Dies ist die Gleichung für den KS-Wert: KS = c(h3o + ) 2 c(ha)

27 Berechnung des KS-Wertes von Essigsäure 27/37 Dies ist die Gleichung für den KS-Wert: KS = c(h3o + ) 2 c(ha) Essigsäure der Konzentration c(hac) = 0,1 mol/l hat einen ph-wert von 2,9.

28 Berechnung des KS-Wertes von Essigsäure 28/37 Dies ist die Gleichung für den KS-Wert: KS = c(h3o + ) 2 c(ha) Essigsäure der Konzentration c(hac) = 0,1 mol/l hat einen ph-wert von 2,9. Das heißt: c(h3o + ) = 10-2,9 mol/l und c(h3o + ) 2 = 10-5,8 (mol/l) 2.

29 Berechnung des KS-Wertes von Essigsäure 29/37 Dies ist die Gleichung für den KS-Wert: KS = c(h3o + ) 2 c(ha) Essigsäure der Konzentration c(hac) = 0,1 mol/l hat einen ph-wert von 2,9. Das heißt: c(h3o + ) = 10-2,9 mol/l und c(h3o + ) 2 = 10-5,8 (mol/l) 2. Wir müssen jetzt c(ha) für den Gleichgewichtszustand berechnen, dann können wir den KS-Wert der Essigsäure ermitteln.

30 Berechnung des KS-Wertes von Essigsäure 30/37 Dies ist die Gleichung für den KS-Wert: KS = c(h3o + ) 2 c(ha) Essigsäure der Konzentration c(hac) = 0,1 mol/l hat einen ph-wert von 2,9. Das heißt: c(h3o + ) = 10-2,9 mol/l und c(h3o + ) 2 = 10-5,8 (mol/l) 2. Wir müssen jetzt c(ha) für den Gleichgewichtszustand berechnen, dann können wir den KS-Wert der Essigsäure ermitteln. Da die Essigsäure kaum dissoziiert, wenn man sie in Wasser löst, könnte man vereinfachen:

31 Berechnung des KS-Wertes von Essigsäure 31/37 Dies ist die Gleichung für den KS-Wert: KS = c(h3o + ) 2 c(ha) Essigsäure der Konzentration c(hac) = 0,1 mol/l hat einen ph-wert von 2,9. Das heißt: c(h3o + ) = 10-2,9 mol/l und c(h3o + ) 2 = 10-5,8 (mol/l) 2. Wir müssen jetzt c(ha) für den Gleichgewichtszustand berechnen, dann können wir den KS-Wert der Essigsäure ermitteln. Da die Essigsäure kaum dissoziiert, wenn man sie in Wasser löst, könnte man vereinfachen: c(ha) = c0(ha) Dabei ist c0(ha) die Ausgangskonzentration von Essigsäure, nämlich 0,1 mol/l.

32 Berechnung des KS-Wertes von Essigsäure 32/37 Dies ist die Gleichung für den KS-Wert: KS = c(h3o + ) 2 c(ha) Essigsäure der Konzentration c(hac) = 0,1 mol/l hat einen ph-wert von 2,9. Das heißt: c(h3o + ) = 10-2,9 mol/l und c(h3o + ) 2 = 10-5,8 (mol/l) 2. Wir müssen jetzt c(ha) für den Gleichgewichtszustand berechnen, dann können wir den KS-Wert der Essigsäure ermitteln. Da die Essigsäure kaum dissoziiert, wenn man sie in Wasser löst, könnte man vereinfachen: c(ha) = c0(ha) Dabei ist c0(ha) die Ausgangskonzentration von Essigsäure, nämlich 0,1 mol/l. Wir setzen jetzt die ermittelten Werte in die obige Gleichung ein.

33 Berechnung des KS-Wertes von Essigsäure 33/ ,8 (mol/l) 2 KS = = 0,1 mol/l

34 Berechnung des KS-Wertes von Essigsäure 34/37 KS = 10-5,8 (mol/l) 2 = 10-4,8 mol/l 0,1 mol/l

35 Berechnung des KS-Wertes von Essigsäure 35/37 KS = 10-5,8 (mol/l) 2 0,1 mol/l = 10-4,8 mol/l Der pks-wert von Essigsäure beträgt daher pks = 4,8.

36 Berechnung des KS-Wertes von Essigsäure 36/37 KS = 10-5,8 (mol/l) 2 0,1 mol/l = 10-4,8 mol/l Der pks-wert von Essigsäure beträgt daher pks = 4,8. In der Tabelle rechts stehen die pks- Werte einiger anderer Säuren. Für die ersten drei Säuren kann kein pks-wert angegeben werden, weil sie die Protonen vollständig abgeben. Säure pks-wert HI --- HCl --- H2SO4 --- HNO3-1,32 H3PO4 2,13 HF 3,14 HCOOH 3,75 CH3COOH 4,75 H2CO3 6,52 NH4 + 9,25 HCN 9,4 CH3CH2OH 15,9 CH4 34

37 Berechnung des KS-Wertes von Essigsäure 37/37 KS = 10-5,8 (mol/l) 2 0,1 mol/l = 10-4,8 mol/l Der pks-wert von Essigsäure beträgt daher pks = 4,8. In der Tabelle rechts stehen die pks- Werte einiger anderer Säuren. Für die ersten drei Säuren kann kein pks-wert angegeben werden, weil sie die Protonen vollständig abgeben; c(ha) wäre dann 0, und durch 0 darf nicht dividiert werden. starke Säuren pks < 4 schwache Säuren pks < 10 sehr schwache Säuren Säure pks-wert HI --- HCl --- H2SO4 --- HNO3-1,32 H3PO4 2,13 HF 3,14 HCOOH 3,75 CH3COOH 4,75 H2CO3 6,52 NH4 + 9,25 HCN 9,4 CH3CH2OH 15,9 CH4 34