Basiswissen Chemie Vorkurs des MINTroduce-Projekts
Christoph Wölper christoph.woelper@uni-due.de Sprechzeiten (Raum: S07 S00 C24 oder S07 S00 D27)
Was bislang geschah Kinetik Reaktionsgeschwindigkeit Konzentrationsabhängigkeit Temperaturabhängigkeit Elementarreaktionen chemisches Gleichgewicht dynamisch Thermodynamik: G = 0 Kinetik: v hin = v rück Prinzip des kleinsten Zwanges Massenwirkungsgesetz
Chemische Reaktionen Säure/Base-Reaktionen
Chemische Reaktionen Säure/Base-Reaktionen Eigenschaften Säuren saurer Geschmack lösen Metalle unter H 2 -Entwicklung neutralisieren Basen Basen bitterer Geschmack seifig neutralisieren Säuren
Chemische Reaktionen Säure/Base-Reaktionen Theorien Arrhenius Brønsted und Lowry Lewis
Theorie von Arrhenius Definitionen Säuren Eine Säure ist eine Substanz, die in Lösung Protonen freisetzen kann. Das entstehende Anion bezeichent man als Säurerestion. Säure H + + Säurerest Basen Eine Base ist eine Substanz, die in Lösung Hydroxidionen freisetzen kann. Das ebenfalls entstehende Kation wird als Basenrest bezeichnet. Base OH + Basenrest + H + + Säurerest + OH + Basenrest + H 2 O + Salz (aq)
Theorie von Brønsted und Lowry Definitionen Säuren Eine Säure ist eine Substanz, die Protonen freisetzen kann. HA H + + A oder auch HA + H + + A Basen Eine Base ist eine Substanz, die Protonen aufnehmen kann. B + H + HB + oder auch H + + B HB korrespondierendes Säure/Base-Paar Säure H + + Base
Theorie von Brønsted und Lowry Paar 1: HCl/Cl HCl + H 2 O Cl + H 3 O + Paar 2: H 3 O + /H 2 O H + frei nicht existenzfähig zweites Säure/Base-Paar nötig Protonenübertragung
Theorie von Brønsted und Lowry Säure- und Basekonstanten Wasser als zweites Säure/Base-Paar (amphoter) Gleichgewicht! Massenwirkungsgesetz HA + H 2 O H 3 O + + A K = [H 3O + ][A ] [HA][H 2 O] Lösungsmittelkonzentration konstant K S = [H 3O + ][A ] [HA]
Theorie von Brønsted und Lowry Säure- und Basekonstanten logarimieren für angenehmere Zahlenwerte pk S = lg K S Säure wird stärker pk S Säure H + + Base pk B 6 HCl H + + Cl 20 3 H 2SO 4 H + + HSO 4 17 1, 74 H 3O + H + + H 2O 15, 74 1, 32 HNO 3 H + + NO 3 15, 32 1, 92 HSO 4 H + + SO 2 4 12, 08 4, 76 CH 3COOH H + + CH 3COO 9, 24 6, 52 H 2CO 3 H + + HCO 3 7, 48 9, 21 NH + 4 H + + NH 3 4, 79 10, 40 HCO 3 H + + CO 2 3 3, 60 15, 74 H 2O H + + OH 1, 74 Base wird stärker
Theorie von Brønsted und Lowry Der ph-wert Wie groß ist die H + -Konzentration? Wasser ist amphoter: H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH Autoprotolyse K W = [H 3 O + ] [OH ] = 10 14 mol 2 /l 2 bei 25 C wichtig bei verdünnten Lösungen oder schwachen Säure
Theorie von Brønsted und Lowry Der ph-wert logaritmische Größe für angenehmere Zahlenwerte ph = lg[h 3 O + ] bzw. poh = lg[oh ] aus Ionenprodukt ergibt sich pk W = ph + poh = 14 bei 25 C
Exkurs: Titration Neutralisationsreaktion zur Konzentrationsbestimmung H 3 O + + OH 2 H 2 O n S = n B Mit Hilfe der Definition der Konzentration erhalten wir durch Umformen: V S c S = V B c B aus c = n V zwei Größen vorgegeben, eine experimentell bestimmt
Theorie von Lewis Definitionen Säuren Eine Säure ist eine Substanz, die ein Elektronenpaar aufnehmen kann, also ein Elektronenpaarakzeptor. Basen Eine Base ist eine Substanz, die ein Elektronenpaar zur Verfügung stellen kann, also ein Elektronenpaardonor. Neutralisation führt zu Bildung einer kovalenten Bindung A + B A B