SB 22

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1 Kd 21

2 SB 22

3 SB 23

4 SB 24

5 SB 25

6 SB 26

7 SB 27

8 4.4 SB 28

9 SB 29

10 5.2 Konzentrationsdiagramme 2 zentrale zu unterscheidende Anwendungen Anwendung 1: Dissoziationsgrad von Säure-Base-Paaren in Abhängigkeit des (durch andere Säuren/Basen eingestellten) ph-wertes darstellen Bedingung: eingezeichnete Säuren/Basen kommen nur in kleinen, den ph (poh) nicht relevant verändernden Mengen vor Resultat: Dissoziationsgrad des eingezeichneten Säure-Base- Paars Konzentrationen der zugegebenen und der daraus (durch Dissoziation und Protonierung) entstandenen Säuren/Basen ablesen in Abhängigkeit des ph-wertes Hilfsmittel: Konzentrationsdiagramm log [Spezies] vs ph pk a (pk b ) Wert (Henderson-Hasselbach-Gleichung) gibt an, bei welchem ph-wert (ph= pk a ) die Konzentration der Säure und ihrer konjugierten Base gleich sind ( die Graphen sich schneiden) a) log c a =-3 ( 10-3 mol/l NH 4 + oder NH 3 wurden zugegeben) b) log c a =0 pk a pk a log[oh - ] log[nh 3 ] log[nh 3 ] log[nh 4 + ] log[nh 4 + ] log[h 3 O + ] Beachte: Das Bild der Graphen ist spezifisch für die Säure-/Basestärke; eine Konzentrationsänderung bewirkt lediglich eine vertikale Verschiebung der Graphen bei konstanten Konzentrationsverhältnissen der Komponenten. Bei Verwendung der ph-skala muss der pk a -, bei Verwendung der poh-skala der pk b -Wert engesetzt werden. [H 3 O + ] und [OH - ] stammen praktisch nur von ph-vorgebenden Säuren/Basen. SB 30

11 Anwendung 2: ph-wert einer Lösung bestimmen aufgrund der zugegebenen Säuren/Basen und mit Hilfe der Protonenherkunftsgleichung Bedingung: In eine neutrale wässrige Lösung werden Säuren und/oder Basen zugegeben. Resultat: ph und Spezieskonzentration der entstandenen Lösung ablesen Hilfsmittel: Konzentrationsdiagramm log [Spezies] vs ph pk a (pk b ) Wert (Henderson-Hasselbach-Gleichung) gibt an, bei welchem ph-wert (ph= pk a ) die Konzentration der Säure und ihrer konjugierten Base gleich sind ( die Graphen sich schneiden). Protonen-(Hydroxidionen-)herkunftsgleichung a) log c a =-3 pk a log[oh - ] log[nh 3 ] log[nh 4 + ] log[h 3 O + ] Wie diese Graphik lesen? Die grünen Graphen geben die Protonen-/Hydroxidionen-Konzentrationen an, die vorherrschen müssen, damit der entsprechende ph-wert eingestellt ist. Die blauen und roten Graphen geben die Konzentrationen an, die vorliegen würden, wenn man mit einer andern starken Säure/Base den ph-wert entsprechend einstellen würde. Wir wollen aber den ph wissen, der sich ohne weitere solche Zugabe selbst einstellt. Für uns ist deshalb nur ein vertikaler Spalt aus diesem Diagramm von Interesse. Wie finden wir den? Mit der Protonen-/Hydroxidionenherkunftsgleichung: Wir zeichnen die H + - Ionenkonzentrationen ein, die nur aus der zugegebenen Säure/Base und aus der Autoprotolyse von Wasser entstehen und lesen den Schnittpunkt dieser Kurve (tatsächlich entstehende Menge an H + -Ionen) mit der grünen Kurve (nötige Menge an H + -Ionen, damit überhaupt der vorliegende ph-wert eingestellt ist) ab. Ein vertikaler Spalt durch diesen Schnittpunkt lässt uns ph- Wert und Spezieskonzentrationen im Gleichgewicht ablesen. SB 31

12 a) Zugabe von 10-3 mol NH 4 + b) Zugabe von 10-3 mol NH 3 pk a log[oh ] pk a log[oh ] log[nh 3 ] log[nh 3 ] log[nh 4 ] log[nh 4 ] log[h 3 O ] log[h 3 O ] Protonenherkunftsgleichung: [H 3 O + ]=[NH 3 ]+[OH - ]* Hydroxidionenherkunftsgleichung: [OH - ]=[NH 4 + ]+[H 3 O + ]* Beachte: Nur das Gleichgewicht im weissen Spalt stellt sich tatsächlich ein. *Die von der Autoprotolyse von Wasser stammenden H 3 O + /OH - -Ionen sind nur relevant bei ph-werten von 7±1 (schwache Säuren und/oder enorme Verdünnung). Liegen Schnittpunkte also unter 10-7 mol/l, so dominiert die Autoprotolyse: ph~7. Bei mehrprotonigen Säuren/ mehrwertigen Basen ist die Protonen- /Hydroxidionenherkunftsgleichung eine Addition mehrerer Spezies Graph nach Augenmass als Addition mehrerer Graphen einzeichnen (bei Subtraktionen mit Vorteil Subtrahenden auf die andere Seite der Gleichung nehmen und als Summanden einzeichnen): SB 32

13 SB 33

14 SB 34

15 SB 35

16 SB 36