9.Teil Säuren und Basen

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1 Arrhenius-Konzept, ph-wert, Brönsted-Lowry Konzept konjugierte Säure-Base Paare, K s, K b, pk s, pk b Säure-Base ph-metrische und amperometrischetitrationen Titrationskurven starker, schwacher, mehrprotoniger Säuren Indikatoren und Puffersysteme, Henderson-Hasselbalch Gleichung Säurestärke und Moleküleigenschaften: HX, H 2 X, H 3 X Oxosäuren, [Me(H 2 O) 6 ] z+ - Säuen Lewis-Konzept von Säuren und Basen Supersäuren, Magic Acids Pearson-Konzept von harten und weichen Säuren und Basen Anwendungen des HSAB-Konzept: a) Kationen-Trennungsgang, b) Geochemie, c) chemische Bindung, d) Biochemie, e) Toxikologie

2 Arrhenius Konzept Liebig: Säuren sind Wasserstoffverbindungen, in denen Wasserstoff durch ein Metall ersetzt werden kann. Arrhenius: Säuren sind Stoffe, die in wässriger Lösung Wasserstoff-Ionen bilden. Salzsäure: H + (aq) + Cl - (aq) hydratisierte Wasserstoff- Ionen hydratisierte Chlorid- Ionen

3 Brönsted-Lowry - Konzept J. N. Brönsted (1879 bis 1947) Säure = Protonendonator Base = Protonenakzeptor vgl. auch [1], S

4 Konjugierte Säure-Base Paare Protolysegleichgewichte von konjugierten Säure-Base-Paaren Aquakomplexe, die als Brönsted-Säuren wirken können; vgl. Protolyse an der Tafel

5 Konjugierte Säure-Base Paare HSO 4- /SO 4 2- Anion-Säure Protolysegleichgewicht der Anion-Säure Dihydrogenphosphat und der Anion-Base Hydrogenphosphat HPO 4 2- /PO 4 3- Anion-Base

6 Ionenprodukt des Wassers K w und ph-wert

7 Säurestärke und Basenstärke pk s = - lg{k s } pk b = - lg{k b }

8 ph-metrische Titrationskurve Titration einer starken Säure HCl(aq) mit einer starken Lauge NaOH(aq) Berechnete Wertepaare V Ls (NaOH)/pH-Wert für die Titration von 100 ml Salzsäure, c=0,1 mol/l mit Natronlauge, c=1 mol/l

9 ph-metrische Titrationskurven H 3 CCOOH Essigsäure (Ethansäure) schwache Säure HOOC-CCOOH Oxalsäure zweiprotonige Säure Maleinsäure und Fumarsäure zweiprotonige Säuren NH 4 OOCCH 3 Ammoniumacetat Puffersystem

10 Amperometrische Titrationskurven Salzsäure mit Natronlauge Bariumhydroxid mit Schwefelsäure Essigsäure mit Natronlauge

11 Säure-Base Indikatoren Protolysen von zwei Indikatoren Umschlagbereiche und Farben von Indikatoren vgl. auch [1], S

12 Säure-Base Puffer ph-werte einiger Körperflüssigkeiten Funktionsweise eines Puffersystems 5,8 < ph < 6,8 6,7 < ph < 6,9 Puffersysteme in der Technik

13 Säure-Base Puffer Herleitung der Henderson-Hasselbalch- Gleichung (Puffer-Gleichung) Die Pufferschar vgl. auch [1], S

14 Säuren und Basen nach G. N. Lewis Elektronenpaar-Akzeptoren als Lewis-Säuren Zwei in der Synthese (Industrie und Labor) häufig eingesetzte Lewis-Säuren vgl. auch [1], S

15 Supersäuren, Magic Acids, HSAB-Konzept Supersäure eine Säure, die stärker ist al wasserfreie Schwefelsäure, z.b. Perchlorsäure HClO 4 und Fluorschwefelsäure HSO 3 F. Mit HSO 3 F lassen sich Propen-Moleküle protonieren. Magic Acid (G. A. Olah, NB 1944) eine Lösung von SbF 5 in Fluorschwefelsäure HSO 3 F. Damit lassen sich auch Alkan-Moleküle protonieren. HSAB-Konzept, Hard and Soft Acids and Bases (R. G. Pearson) Harte Säuren: Kationen, die aufgrund ihrer großen Ladungsdichte schlecht polarisierbar sind, z.b. H +, B 3+. Weiche Säuren: Kationen, die aufgrund ihrer niedrigen Ladungsdichte gut polarisierbar sind, z.b. Au + (die weichste aller Säuren). Harte Basen: Anionen die aufgrund ihrer großen Ladungsdichte schlecht polarisierbar sind, z.b. F -, O 2-.NO 3-, SO 4 2-, PO 4 3-, ClO 4-. WeicheBasen: Anionen, die aufgrund niedrigen großen Ladungsdichte gut polarisierbar sind, z.b. I -,S 2-, P 3-. vgl. auch [1], S