Säure-Base-Reaktionen L20. A. Soi

Transkript

1 Säure-Base-Reaktionen L20 244

2 X Bindungstyp und EN Polarität der Elektronenpaarbindung DEN = 0 X DEN N Cl DEN > 0 d+ d- Z X X + - Na Cl DEN > Z Elektronenpaarbindung (Kovalente Bindung) => Molekulare Stoffe Ionenbindung => Ionenkristalle 245

3 Ionenverbindungen aus einatomigen Ionen Aufgebaut aus den Elementkombinationen M & NM bzw. M&M Echte Ionenkristalle DEN > 1.7 ohe Schmelz- und Siedetemperaturen Ionenkristalle mit Kovalenten Bindungsanteilen ~1.1 < DEN < 1.7 -Im Vergleich zu den echten Ionenkristalle tiefere Schmelz- und Siedetemperaturen. -Können teilweise sogar molekular vorkommen. Beim Lösen in Wasser zerfallen die Ionenverbindungen in die Kationen und Anionen, welche von Wassermolekülen umgeben sind. Die Chemie der Ionenverbindungen in Wasser, ist die Chemie der Ionen! 246

4 DEN ZnI 2 DEN = 1.01 => Ionenkristall Ionenbindung mit kovalenten Anteil. Bindung zwischen den Ionen ist nicht In allen Raumrichtungen gleich stark. Schmelzpunkt: 446 C Siedepunkt: 624 C (Zers.) In Wasser Zerfällt es in Zn 2+ (aq) und I - (aq)-ionen NaI DEN = 1.73 => Ionenkristall Ionenbindung Bindung zwischen den Ionen ist In allen Raumrichtungen gleich stark. Schmelzpunkt: 660 C Siedepunkt: 1304 C In Wasser Zerfällt es in Na + (aq) und I - (aq)-ionen 247

5 IONISC DEN KOVALENT Kovalenter Bindungsanteil 0% 100% 248

6 Beispiele Eigenschaften Elementkombination Atomverbandstyp Kleinste Stoffspezifische Teilchen Bindungstyp Art der Wechselwirkung zwischen den kleinsten stoffspezifischen Teilchen im Stoff Stoffklassen Metallische Stoffe Diamantartige Stoffe Salzartige Stoffe Molekulare Stoffe Kupfer Diamant Kochsalz Wasser Messing Elektrische Leiter im festen und flüssigen Zustand. Sehr gute Wärmeleiter Sehr hohe Siedetemperatur. Plastisch verformbar. Metallischer Glanz. M+M Atomkristall (beliebig erweiterbar) Atome Metallische Bindung Metallische Bindung Stoffklasse und Bindungstyp Quarz Schlechte elektrische Leiter (Ausnahme Graphit). Gute Wärmeleiter. ohe Schmelz- & Siedetemperaturen. NM+NM NM+M M+M Atomkristall (beliebig erweiterbar) Kovalente Bindung (Elektronenpaa-bindung) Kovalente Bindung (Elektronenpaa-bindung) Kalkstein Elektrische Leiter im flüssigen und gelösten Zustand. Schlechte Wärmeleiter. Sehr hohe Schmelz- & Siedetemperaturen. Mehr oder wenig Löslich in Wasser unter Bildung von Aquatisierten Ionen. NM+M M+M Ionenkristall (beliebig erweiterbar) Ionen Kation & Anion wenn DEN 1.7 Ionische Bindung in echte IonenKristalle. Bindung zwischen den Ionen ist in allen Raumrichtungen gleich stark wenn ~1.1 < DEN < 1.7 Ionenbindung mit kovalenten Anteil. Bindung zwischen den Ionen ist nicht in allen Raumrichtungen gleich stark Siehe oben unter Bindungstyp Ethanol (Alkohol) Isolatoren Tiefe Schmelz- & Siedetemperaturen Oder nur Erweichungspunkt. NM+NM NM+M M+M Molekül (In sich abgeschlossen) Moleküle Kovalente Bindung (Elektronenpaar-bindung) (ält die Atome zusammen) ZMK (ält die Moleküle zusammen) 249

7 Lösungsvorgang eines Salzes - Ionen liegen bereits im Salzkristall vor. - Der Lösungsvorgang besteht aus dem Aufbrechen des Ionenkristalls und der Ion-Dipol-Wechselwirkung zwischen den Ionen und den Wasserdipolen. Ion-Dipol-Wechselwirkung Aquatisierte Ionen 250

8 O + d + d - Cl Polare Kovalente Bindung O Cl Protonen- AKZEPTOR Protonen- DONATOR Protonen- DONATOR Protonen- AKZEPTOR Säure-Base-Reaktionen (Protolysereaktionen): sind Reaktionen, bei denen ein Wasserstoffkation (Proton, + ) von einem Teilchen auf ein anderes übertragen wird. Protolysereaktionen sind Gleichgewichtsreaktionen. 251

9 Definition nach Brönsted. Säuren, sind Protonendonatoren. Strukturelles Merkmal: Teilchen die als Säure fungieren können, verfügen über ionisch abpaltbare Wasserstoffatome. gebunden an elektronegativeres Atom: d X - d + In Wasser erzeugen Säuren Oxoniumionen ( 3 O + ). O + Oxoniumion Basen: sind Protonenakzeptoren Strukturelles Merkmal: Teilchen die als Base fungieren können, verfügen über freie Elektronenpaare, über das sie ein + -Ion binden können. In Wasser erzeugen Basen ydroxidionen (O - ). - O ydroxidion 252

10 Ein korrespondierendes Säure-Base-Paar, ist ein Teilchenpaar, dessen Teilchen durch + -Aufnahme oder + -Abgabe ineinander überführt werden. A A - Säure Protonierte Form + -Abgabe an eine Base + -Aufnahme von eine Säure Base Deprotonierte Form A wird durch + -Abgabe in A - überführt und umgekehrt wird A - durch + -Aufnahme in A überführt. A und A - stellen ein korrespondierendes Säure-Base-Paar dar. 253

11 Säuren Erzeugen in Wasser Oxoniumionen Korrespondierendes Säure-Base-Paar 1 O Cl O Cl Base 1 Säure 2 Säure 1 Base 2 Korrespondierendes Säure-Base-Paar 1 Cl - 2 O (l) + Cl (aq) 3 O + (aq) + Cl - (aq) An jede Säure-Base-Reaktion (Protolysereaktion) sind stets zwei Säure-Base-Paare (Korrespodierendes Säure-Base-Paar) beteiligt. Das Ausmass der Protolysereaktion hängt von der Säurestärke ab. Je stärker die Säure desto weiter auf der Produktseite liegt das Protolysegleichgewicht. O + 254

12 Basen Erzeugen in Wasser ydroxidionen Korrespondierendes Säurebasepaar 1 N + O Base 1 Base 2 Säure 2 Säure 1 N O Korrespondierendes Säurebasepaar 2 2 O (l) + N 3(aq) N 4 + (aq) + O - (aq) An jede Säure-Base-Reaktion (Protolysereaktion) sind stets zwei Säure-Base-Paare (Korrespodierendes Säure-Base-Paar) beteiligt. Das Ausmass der Protolysereaktion hängt von der Basenstärke ab. Je stärker die Base desto weiter auf der Produktseite liegt das Protolysegleichgewicht. 255

13 Säuremoleküle die mehr als ein Proton an die Base abgeben können nennt man Mehrwertige Säuren. Sie geben ihre Protonen Stufenweise ab, sie protolysieren stufenweise. Erste Protolysestufe: 2 O(l) + 2 SO 4 (aq) 3 O + (aq) + SO 4- (aq) Base 1 Säure 2 Säure 1 Base 2 Zweite Protolysestufe: 2 O(l) + SO 4- (aq) 3 O + (aq) + SO 4 2- (aq) Base 1 Säure 2 Säure 1 Base 2 256

14 Die Protolyse mit 2 O erzeugt in Wasser 3 O + -Ionen Protonendonatoren Säuren Molekular aufgebaut Mehrwertig: übertragen mehrere + stufenweise d.h.: eins nach dem anderen. Einwertig: übertragen nur ein +. Sauerstoffsäuren E(O) x (O) y E = Zentralatom, Nichtmetall oder albmetall. Zentralatom erfüllt Oktettregel. Y= Wertigkeit der Säure = Zahl der abspaltbaren +. Beispiele: 2 SO 4 : Schwefelsäure (S(O) 2 (O) 2 ) 2 CO 3 : Kohlensäure (C(O)(O) 2 ) 3 PO 4 : Phosphorsäure (P(O)(O) 3 ) NO 3 : Salpetersäure (N(O) 2 (O)) C 3 COO: Essigsäure (C 3 C(O)(O)) COO: Ameisensäure (C(O)(O)) Wasserstoffsäuren E- E = Nichtmetall oder albmetall. EN E > EN Beispiele: Cl : Chlorwasserstoff (Lsg. :Salzsäure) F: Fluorwasserstoff (Lsg. :Flusssäure) Br: Bromwasserstoff (Lsg. :Bromwasserstoffsäure) I: Iodwasserstoff (Lsg. :Iodwasserstoffssäure) CN: Blausäure 257

15 Protonenakzeptoren Basen Molekular aufgebaut Ionisch aufgebaut Molekülbasen Moleküle und Anionen mit freien Elektronenpaaren über die sie ein + binden können. Erzeugen in Wasser durch Protolysereaktion ydroxidionen (O - ) - Beispiel: Ammoniak N 3 (aq) + 2 O(l) N 4+ (aq) + O - (aq) Weitere Beispiele für Molekülbasen: Anionen schwacher Säuren, z.b: O -,CN -, CO 3 2-, F - N O Metallhydroxide Ionisch aufgebaute Stoffe, welche sich in Wasser vollständig oder nur teilweise (schwerlösliche ydroxide) lösen und dabei zu Metallkation und O - dissoziieren. z.b.: NaO(s) ----> Na + (aq) + O - (aq) Besispiele: LiO, NaO, KO Ca(O) 2, Mg(O) 2 Sr(O) 2 Ba(O) 2 Al(O) 3, Fe(O) 3 Wertigkeit = Zahl der O - -Ionen 258