Säurestärke

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Fertigstellung bis zum 28. November 2005

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--Dg 21:49, 13. Dez 2005 (CET)

Säuren reagieren unterschiedlich stark und schnell. Ebenso haben Säuren mit gleicher Konzentration unterschiedliche pH-Werte (s.Versuch). Als ein verdünnernder "Reaktionsträger" (Base) kann Wasser gut verwendet werden,da es die Säureaktivität und Reaktionen nicht verfälscht oder beeinflusst. Man kann die Säuren in schwache und starke Säuren einteilen ->Beispiele schwache Säure: Essigsäure und starke Säure  : Salpetersäure. Starke Säuren protolysieren im Wasser vollständig. Schwache Säuren hingegen protolysieren im Wasser nur zum Teil. Auf die Protolyse der schwacher Säuren kann man das Massenwirkungsgesetz anwenden:

K=c(H₃O⁺)*c(AC^-)/c(HAC)*c(H₂O)

Die Säurekonzentration in verdünnten Lösungen hat nahezu keinen Einfluss aud die Konzentration des Wassers.Aufgrund dieseer Tatsache kann man die annnähernd konstante Konzentration des Wassers mit der Gleichgewichtskonstanten K zu einer neuen Konstanten,nämlich der Säurekonstanten K_s zusammmenfassen->

K_s=K*c(H₂O)= c(H₃O+)*c(Ac^-)/c(HAc)

Je nach der Säurestärke schwanken die Werte der Säurekonstanten um mehrere Zehnerpotenzen.

Diese Werte dienen zum Vergleich der schwankenden Werte der Säurekonstanten.Die pK_s-Werte sind negative dekadische Logarithmen -> pK_s= -lg K_s Am Beispiel der Essigsäure der Pks-Wert experimentell bestimmt werden:

Ausgangskonzentration verdünnter Essigsäure-> 10^-2 mol*l^-1 pH=3,3 Im Protolysegleichgewicht-> c(H₃O⁺)= c(Ac^-)=10^-3,3 mol*l^-1

Da Essigsäure eine schwache Säure ist, reagiert sie nur zum kleinen Teil mit Wasser. Aufgrund dieser Tatsache stimmt ihre Gleichgewichtskonzentration c(HAC) ungefähr mit der Ausgangskonzentration c(HAC) überein. Also: c(HAc)= c0(HAc)-c(H₃O⁺) ungefähr c0(HAc) ungefähr 10^-2 mol*l^-1. Mit Hilfe dieser Gleichung lässt sich der K_s -Wert und der pK_s-Wert der Essigsäure annäherungsweise berechnen:

K_s=10^-3,3 *10^-3,3/10^-2 mol*l ^-1 pK_s=4,6

Eine umfassende Zusammenstellung der pK_S- und pK_B-Werte als Excel-Tabelle von Franz Kass.

Merksatz:Je höher die Säurestärke, desto niedriger der pk_s-Wert!

--> Der pk_s-Wert + den pk_B-Wert müssen zusammen immer =14 ergeben

Starke Basen protolysieren im Wasser vollständig.Bei schwächeren hingegen stellt sich ein Protolysegleichgewicht ein -> K_B. Oft verwendet man auch den Pk_B- Wert :

B(aq)+H₂O(l)<-->HO+(aq) + OH^-(aq)

K_B= c(HB⁺) * c(OH^-) / c(B) ;pK_B= -lg K_B

Ein Beispiel für einen mehrprotonige Säure ist die Schwefelsäure(H₂SO₄)und Phosphorsäure(H₃PO₄).Die Moleküle dieser Säuren sind in der Lage mehr als ein Proton abzugeben->(mehrprotonige Säuren). Deswegen protolysieren diese Säuren in mehreren Stufen. Beispiel:Protolyse der 2 proronigen Schwefelsäure

        1.Schritt: in wässriger Lösung bilden sich Hydrogensulfat-Ionen (HSO- 4)

        2.Schritt: Bei höherem pH-Wert bilden sich Sulfat-Ionen(SO4-²)

  -> 1. Protolysestufe:H2SO4(aq)+H2O(l)<->H3O+(aq)+HSO4-(aq)
                                          

   -> 2. Protolysestufe:HSO4-(aq)H2O(l)<-->H3O+(aq)+SO4-2(aq)

Dies sind Säuren im Sinne Brönsteds:Ionen deren Ursprung aus der protolyse mehrprotoniger Säuren stammen und die selbst noch ein Proton abgeben können. Nun lässt sich auch für sie ein pK_s-Wert angeben.Das Hydrogensulfat-Ion ist mit einem pK_s=1,8 eine relativ starke Säure. ABER dieses Ion kann auch als Base reagieren.Und zwar durch die Aufnahme eines Protons. Die Reaktionsrichtung wird stets durch den jeweiligen Reaktionspartner bestimmt und angegeben.im Zusammenschluss mit Ammoniak-Ionen reagieren Hydrocarbonat-Ionen z.B. als Säure.Mit Essigsäure,welche stärker ist reagieren sie widerum als Base.

"Haben gleich konzentrierte Säuren wirklich unterschiedliche pH-Werte?"

Materialien:Schutzbrille,2 Bechergläser ,2 pH-Stäbchen,wenige ml zweier gleichkonzentrierter Säuren

In das eine Becherglas werden wenige ml von der einen Säure gegeben und in das andere Glas wenige ml von der anderen Säure.Nun wird mit Hilfe der pH-Stäbchen getestet ob diese gleichkonzentrierten Säuren wirklich unterschiedliche pH-Werte haben, indem jeweils ein pH-Stäbchen in eine Säure gehlten wird und die jeweiligen pH-Werte abgelesen werden können. Nun kann die Ausgangsfrage sicher beantwortet werden......

 Quellen:

Chemie heute, www.wikipedia.de, www.google.de (Bilder)

Chemie heute - Sekundarbereich II, Schroedel Verlag, ISBN 3-507-10630-2, S. xxx.