Beispiel Säure Formel pk a1 pk a pk a Schwefelsäure Oxalsäure Schweflige Säure Phosphorige Säure Phosphorsäure Weinsäure Kohlenstoffsäure Schwefelwasserstoff SO 4 (COO) SO PO PO 4 CO 4 6 6 O/CO S 1, 1,81,00,1, 6,7 6,88 1,9 4,19 6,91 6,59 7,1 4,8 10,5 14,15 1,67 Gleichgewichtskonstanten bei 5 C + PO 4 (aq) + O O (aq) + PO 4 (aq) + PO 4 (aq) + O O (aq) + PO 4 (aq) + PO 4 (aq) + O O (aq) + PO 4 (aq) pk a1 =,1 pk a = 7,1 pk a = 1,67 Aciditätskonstanten mehrprotoniger Säure
aa + b B a (C) a (A) c a a (D) a (B) d b = K c C + d D Für die Aktivitäten a gilt: ideales Gas: a = p/p Feststoff oder Flüssigkeit: a = 1 ideale Lösung: a = c(x)/c l nicht -ideale Lösung: a = c (x) / c charakteristische Größe für jede Reaktion K=f(T) K bestimmt das Verhältnis von c(x) bzw. p(x) im Gleichgewicht G = 0 (Thermodynamik) v = v (Kinetik) in Rück Gleichgewichtskonstante
Reaktion TinK K c (g) + Cl (g) Cl (g) (g) + Br (g) Br (g) (g) + I (g) I (g) N O (g) NO (g) 4 N (g) + (g) N (g) Cl (g) Cl (g) 00 500 1000 00 500 1000 98 500 700 98 400 500 98 400 500 1000 100 1 4,0 10 18 4,0 10 8 5,1 10 17 1,9 10 10 1, 10 4,8 10 794 160 54 100 kpa 4 800 kpa 170 000 kpa 68 000 000 kpa 41 kpa 0,05 kpa 7 1, 10 mol/l 5 1,7 10 mol/l Arbeit Wärme
Säure pk a Base pk b Trichloressigsäure Benzensulfonsäure Iodsäure Schwefelige Säure* Chlorige Säure Phosphorsäure* Chloressigsäure Milchsäure Salpetrige Säure Fluorwasserstoffsäure Ameisensäure Benzoesäure Essigsäure Kohlenstoffsäure* ypochlorige Säure ypobromige Säure Borsäure* Cyanwasserstoffsäure Phenol ypoiodige Säure CCl-COO C65-SO IO SO ClO PO 4 CCl-COO C-CO-COO NO F -COO C65-COO C-COO CO /O ClO BrO B(O) CN C65-O IO 0,5 0,70 0,77 1,81,00,1,85,08,7,46,75 4,19 4,75 6,7 7,5 8,69 9,14 9,1 9,89 9,64 arnstoff Anilin Pyridin ydroxylamin Nicotin Morphin ydrazin Ammoniak Trimethylamin Methylamin Dimethylamin Ethylamin Diethylamin CO(N ) C65-N CN 5 5 N-O C1011N C1719ON N-N N (C ) N C-N (C ) N C5-N (C)N 5 1,90 9,7 8,75 7,79 5,98 5,79 5,77 4,75 4,19,44,7,19,99 * Daten für polyprotische Säuren beziehen sich auf die erste Dissoziationsstufe Alle pk-werte gelten für 5 C (pk a(b) = lg K a(b) ) Gleichgewichtskonstanten einiger Säuren Basen
Reaktion N (g) + (g) N (g) Edukte Produkte 5 Partialdruck zu Beginn der Reaktion in 10 Pa 5 Änderung bis zum Gleichgewicht in 10 Pa 5 Partialdruck im Gleichgewicht in 10 Pa N 1 x 1x N x x 0 +x x Aktivitäten der Reaktanden: a(n)= 1x a()=x a(n)=x K = (x) x = (1x) (x) (1x) Lösung einer quadratischen Gleichung ax +bx+c = 0 x = 1, bb 4ac a Gleichgewichtstabelle
O O O O O Temperatur in C Ionenprodukt KW in mol /l p O O O 10 0 5 50 100 0,9 10 0,68 10 1,001 10 5,474 10 54,80 10 14 14 14 14 14 7,7 7,08 7,00 6,6 6,1 O O ydroniumionen Ionenprodukt des Wassers
K L K L Aluminiumhydroxyd Antimonsulfid Bariumcarbonat -fluorid -sulfat Bismutsulfid Blei(II)-bromid -chlorid -fluorid -iodat -iodid -sulfat -sulfid Calciumcarbonat -fluorid -hydroxid -sulfat Eisen(II)-hydroxid -sulfid Eisen(III)-hydroxid Kupfer(I)-bromid Al(O) SbS BaCO BaF BaSO4 BiS PbBr PbCl PbF Pb(IO ) PbI PbSO4 PbS CaCO CaF Ca(O) CaSO4 Fe(O) FeS Fe(O) CuBr 1,0 10 1,7 10 8,1 10 1,7 10 1,1 10 1,0 10 7,9 10 1,6 10,7 10,6 10 1,4 10 1,6 10,4 10 8,7 10 4,0 10 5,5 10,4 10 1,6 10 6, 10,0 10 4, 10 9 9 6 10 97 5 5 8 1 8 8 8 9 11 6 5 14 18 9 8 Kupfer(I)-chlorid -iodid -sulfid Kupfer(II)-sulfid Magnesiumammoniumphosphat -carbonat -fluorid -hydroxid Nickel(II)-hydroxid Quecksilber(I)-chlorid -iodid Quecksilber(II)-sulfid Silberbromid -carbonat -chlorid -hydroxid -iodid -sulfid Zinkhydroxid -sulfid CuCl CuI CuS CuS MgN4PO4 MgCO MgF Mg(O) Ni(O) gcl gi gs (schwarz) (rot) AgBr AgCO AgCl AgO AgI AgS Zn(O) ZnS 1,0 10 5,1 10,0 10 8,5 10,5 10 1,0 10 6,4 10 1,1 10 6,5 10 1, 10 1, 10 1,6 10 1,4 10 7,7 10 6, 10 1,6 10 1,5 10 1,5 10 6, 10,0 10 1,6 10 6 1 47 45 1 5 9 8 11 18 8 5 5 1 1 10 8 16 51 17 4 Löslichkeitsprodukte bei 5 C Löslichkeitsprodukte
Bei einer starken Säure oder Base kann vollständige Dissoziation angenommen werden. Der p-wert läßt sich dann aus der angegebenen Konzentration der Säure oder Base berechnen: + c (O ) = c (A) Anfangskonzentration c (O ) = c (B) Anfangskonzentration andelt es sich um eine schwache Säure oder Base, so wird geprüft, ob für die angegebene Konzentration dem K-Wert der Säure oder Base der ionisierte Anteil unter 0,05 liegt. p ½ pka ½ lg c (A) p = pk ½ pk + ½ lg c (B) Ist der ionisierte Anteil größer als 0,05, so muß das exakte Verfahren mit ilfe der Gleichgewichtstabelle durchgeführt werden. Die beschriebenen Verfahren liefern nur eine Abschätzung des p-wertes. Es wurden keine Ion-Ion-Wechselwirkungen berücksichtigt, die zur Abweichung der Idealität führt. W b p-berechnungen von Säuren Basen
Puffersysteme sind Lösungen, die auch bei Zugabe erheblicher Mengen an Säure oder Base ihren p-wert nur geringfügig ändern. Sie sind aus einer schwachen BRØ NSTED-Säure (-Base) einem Salz der korrespondierenden Base (-Säure) aufgebaut. ENDERSON-ASSELBALC Gleichung p=pk +lg a c(a ) c(a) p 1 10 8 6 4 Pufferbereich pk = 4,76 a Natriumacetat Essigsäure 0 50 100 Anteil Säure/Base Puffersysteme I
Puffersystem p K a pk a schwache Säure schwache Base 4 5 6 7 8 9 10 Milchsäure (Lac) Essigsäure (Ac) Kohlenstoffsäure (CO /O) Dihydrogenphosphat (PO 4 ) ypochlorsäure (ClO) + Ammonium-Ionen (N 4 ) ydrogencarbonat (CO ) Lactat (Lac ) Acetat (Ac ) ydrogencarbonat(co ) ydrogenphosphat (PO 4 ) ypochlorit (ClO ) Ammonium (N ) Carbonat (CO ) 1,4 10 1,8 10 4,4 10 6, 10,8 10 5,6 10 4,7 10 4 5 7 8 8 10 11,85 4,76 6,6 7,1 7,55 9,5 10, Puffersysteme II
A (aq) + O (l) F (aq) + O (l) Protonen- Donator B (aq) + O (l) + O (aq) + A (aq) + O (aq) + F (aq) + B (aq) + O (aq) + N (aq) + O (l) N 4 (aq) + O (aq) Protonen- Akzeptor Konjugations-Beziehung ydroniumion konj. Säure Konjugations-Beziehung konj. Base ydroxylion Autoprotolyse des Wassers O (l) + O (l) Säure 1 Base + O (aq) + O (aq) Säure Base 1 7 p=lg1,010 =7,00 5 C: 1 von 550 000 000 O- Molekülen ist dissoziiert Säure-Base-Gleichgewichte
p A 1 1 11 11 B 1,0 mol/l 0,1 mol/l 0,01 mol/l 0,001 mol/l 9 9 NP 7 7 ÄP 5 5 Phenolphthalein Methylrot AP 1 1 I II III IV 0,5 0,9 1,1 1 1 Thymolblau Titrationskurve einer starken Säure
p 1 11 9 7 5 1 A Pufferbereich ÄP AP PP Pufferbereich ÄP PP AP 0,1 0,5 0,9 0,1 0,5 0,9 1 1 B Titrationskurve von schwachen Säuren Basen