Säurestärke: Unterschied zwischen den Versionen

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Vergleicht man verschiedene [[Säuren]] gleicher [[Konzentration]] (z. B. [[Salzsäure]] mit [[Essigsäure]]), ergeben sich unterschiedliche [[pH-Wert]]e (s. [[S%C3%A4urest%C3%A4rke#Experimente|Experimente]]). Diese Beobachtung lässt sich über die Säurestärke erklären:
  
 
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Der p''K''<sub>S</sub>-Wert ist der [[pH-Wert]], bei dem 50&nbsp;% der Säure dissoziiert ist, d.&nbsp;h. die Hälfte aller in der Säure enthaltenen H<sup>+</sup>-Ionen frei in wässriger Lösung vorliegen.
 
Der p''K''<sub>S</sub>-Wert ist der [[pH-Wert]], bei dem 50&nbsp;% der Säure dissoziiert ist, d.&nbsp;h. die Hälfte aller in der Säure enthaltenen H<sup>+</sup>-Ionen frei in wässriger Lösung vorliegen.
  
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Als Formel: {{Formel|1=p''K''<sub>S</sub> = 2{{*}}pH + lg ''c''(HA)}} bzw. {{Formel|1=pH = 0,5{{*}}(p''K''<sub>S</sub> - lg ''c''(HA))}}
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Der '''p''K''<sub>S</sub>-Wert''' leitet sich als negativer dekadischer [[Logarithmus]] (vgl. [[pH-Wert]]) von der Säurekonstanten ''K''<sub>S</sub> ab: '''p''K''<sub>S</sub> = -lg ''K''<sub>S</sub>'''.
 
Der '''p''K''<sub>S</sub>-Wert''' leitet sich als negativer dekadischer [[Logarithmus]] (vgl. [[pH-Wert]]) von der Säurekonstanten ''K''<sub>S</sub> ab: '''p''K''<sub>S</sub> = -lg ''K''<sub>S</sub>'''.
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== Experimentelle Bestimmung von p''K''<sub>S</sub>-Werten ==
 
== Experimentelle Bestimmung von p''K''<sub>S</sub>-Werten ==
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Die Bestimmung von p''K''<sub>s</sub>-Werten schwacher Säuren lassen sich bei bekannter [[Konzentration]] der Säure auf verschiedenen Wegen experimentell bestimmen.
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Die p''K''<sub>s</sub>-Werte schwacher Säuren lassen sich auf verschiedenen Wegen experimentell bestimmen:
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=== Bestimmung des Halbäquivalenzpunktes ===
 
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Der pH-Wert am sog. Halbäquivalenzpunkt ist bei schwachen Säuren gleich dem p''K''<sub>S</sub>-Wert der Säure. Damit kann mittels [[Säure-Base-Titration]] der '''pH-Wert am Halbäquivalenzpunkt''' und so der p''K''<sub>S</sub> bestimmt werden. Hierzu gibt man zu der schwachen Säure genau die Hälfte der [[Stoffmenge]] (''[[Stoffmenge|n]] = [[Volumen|V]]{{*}}[[Stoffmengenkonzentration|c]]'') an Base (z.&nbsp;B. Natronlauge), die man für die Neutralisation einer starken Säure (wie Salzsäure) benötigt hätte.
 
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Gibt man z. B. zu 100 mL Essigsäure (''c'' = 1 mol/L) 50 mL Natronlauge (''c'' = 1 mol/L) hinzu, stellt sich ein pH-Wert von 4,8 ein, der dem p''K''<sub>s</sub>-Wert entspricht.
 
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=== Messung des pH-Wertes und Errechnen des p''K''<sub>S</sub>-Wertes ===
 
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Am Beispiel der [[Essigsäure]] soll der p''K''<sub>S</sub>-Wert experimentell bestimmt werden:
 
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Ausgangskonzentration der [[Essigsäure]] lt. Hersteller: ''c'' = 10<sup>-2</sup> mol '''&middot;''' L<sup>-1</sup> ;  gemessener pH-Wert = 3,4.
 
  
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# <u>Bestimmung des pK<sub>S</sub>-Wertes mittels Halbtitration</u><br />Bei unbekannter [[Konzentration]] der schwachen Säure kann der p''K''<sub>S</sub> mittels [[Halbtitration]] bestimmt werden.<br />
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# <u>Bestimmung des pK<sub>S</sub>-Wertes bei bekannter Konzentration der schwachen Säure</u><br />Der pH-Wert am sog. [[Halbäquivalenzpunkt]] ist bei schwachen Säuren gleich dem p''K''<sub>S</sub>-Wert der Säure. Hierzu gibt man zu der schwachen Säure genau die Hälfte der [[Stoffmenge]] (''[[Stoffmenge|n]] = [[Volumen|V]]{{*}}[[Stoffmengenkonzentration|c]]'') an starker Base (z.&nbsp;B. Natronlauge), die man für die Neutralisation einer starken Säure (wie Salzsäure) benötigt hätte.<br />Beispiel: Gibt man zu 100 mL Essigsäure (''c'' = 1 mol/L) 50 mL Natronlauge (''c'' = 1 mol/L) hinzu, stellt sich ein pH-Wert von 4,8 ein, der dem p''K''<sub>s</sub>-Wert entspricht.<br />
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Geg.: ''c''(Essigsäure) = 10<sup>-2</sup> mol '''&middot;''' L<sup>-1</sup>; pH = 3,4.
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# <u>Messung des pH-Wertes und Errechnen des p''K''<sub>S</sub>-Wertes</u><br />Am Beispiel der [[Essigsäure]] soll der p''K''<sub>S</sub>-Wert durch Messung des pH-Wertes bestimmt werden:<br />Ausgangskonzentration der [[Essigsäure]] lt. Hersteller: ''c'' = 10<sup>-2</sup> mol '''&middot;''' L<sup>-1</sup> ;  gemessener pH-Wert = 3,4.<br />'''Errechnen des p''K''<sub>S</sub>-Wertes:'''<br />Geg.: ''c''(Essigsäure) = 10<sup>-2</sup> mol '''&middot;''' L<sup>-1</sup>; pH = 3,4.<br />Ges.: p''K''<sub>S</sub>(Essigsäure)<br />Lösung: p''K''<sub>S</sub> = 2{{*}}pH + lg c(HA)<br />Einsetzen: p''K''<sub>S</sub> = 2{{*}}3,4 + lg 10<sup>-2</sup><br />Ausrechnen: p''K''<sub>S</sub> = 6,8 + (-2) = 4,8<br />Antwort: Der p''K''<sub>S</sub>-Wert von [[Essigsäure]] beträgt 4,8.
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Antwort: Der p''K''<sub>S</sub>-Wert von [[Essigsäure]] beträgt 4,8.
 
  
 
== Basenkonstante ==
 
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Starke Basen protolysieren im Wasser vollständig. Bei schwächeren hingegen stellt sich ein Protolysegleichgewicht ein -> ''K<sub>B</sub>''. Oft verwendet man auch den p''K''<sub>B</sub>- Wert :
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Starke Basen protolysieren im Wasser vollständig. Bei schwächeren hingegen stellt sich ein Protolyse[[Chemisches Gleichgewicht|gleichgewicht]] ein -> ''K<sub>B</sub>''. Oft verwendet man auch den p''K''<sub>B</sub>- Wert :
  
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B(aq) + H<sub>2</sub>O <--> HO + OH<sup>-</sup>
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B(aq) + H<sub>2</sub>O ⇌ HO + OH<sup>-</sup>
 
              
 
              
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''K''<sub>B</sub>= c(HB<sup>+</sup>) * ''c''(OH<sup>-</sup>) / ''c''(B) ;pK<sub>B</sub> = -lg ''K''<sub>B</sub>
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''K''<sub>B</sub> = ''c''(HB<sup>+</sup>){{*}}''c''(OH<sup>-</sup>) / ''c''(B) ;pK<sub>B</sub> = -lg ''K''<sub>B</sub>
  
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Der p''K''<sub>S</sub>-Wert + den p''K''<sub>B</sub>-Wert müssen zusammen immer = 14 ergeben.  
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Der p''K''<sub>S</sub>-Wert + den p''K''<sub>B</sub>-Wert müssen zusammen immer = 14 ergeben.
  
 
== Mehrprotonige Säuren ==
 
== Mehrprotonige Säuren ==
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Um die p''K''<sub>S</sub>-Werte mehrprotoniger Säuren auseinanderzuhalten, werden diese entsprechend ihrer Protolysestufe bezeichnet. Bei der Phosphorsäure also p''K''<sub>S1</sub>&nbsp;=&nbsp;2,13; p''K''<sub>S2</sub>&nbsp;=&nbsp;7,2; p''K''<sub>S3</sub>&nbsp;=&nbsp;12,63.
 
Um die p''K''<sub>S</sub>-Werte mehrprotoniger Säuren auseinanderzuhalten, werden diese entsprechend ihrer Protolysestufe bezeichnet. Bei der Phosphorsäure also p''K''<sub>S1</sub>&nbsp;=&nbsp;2,13; p''K''<sub>S2</sub>&nbsp;=&nbsp;7,2; p''K''<sub>S3</sub>&nbsp;=&nbsp;12,63.
  
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Nun kann die Ausgangsfrage sicher beantwortet werden ...
 
Nun kann die Ausgangsfrage sicher beantwortet werden ...
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{{Ex-ec|219|1|Bestimmung des [[Säurestärke#pKS-Werte|p''K''<sub>S</sub>-Wertes]] von Salicylsäure}}
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{{Ex-ch|276|2|Bestimmung des [[Säurestärke#pKS-Werte|p''K''<sub>S</sub>-Wertes]] von Sorbinsäure}}
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{{Ex-ch09|{{fb|323}}|2|Protolyse organischer Säuren|Induktionseffekt und Säurestärke}}
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{{Ex-ch09|{{fb|154}}|2|pH-Wert-Bestimmung|Vom pH-Wert zum pKs-Wert}}
  
 
== Übungen ==
 
== Übungen ==
 
Übungsaufgaben zur pH-Wert-Berechnung unter Berücksichtigung der Säurestärke findest Du [[PH-Wert-Berechnung#pH-Wert_schwacher_S.C3.A4uren|hier]].
 
Übungsaufgaben zur pH-Wert-Berechnung unter Berücksichtigung der Säurestärke findest Du [[PH-Wert-Berechnung#pH-Wert_schwacher_S.C3.A4uren|hier]].
  
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* Eine umfassende Zusammenstellung der pK<sub>S</sub>- und pK<sub>B</sub>-Werte als [http://www.kass-net.de/download/pkb_pks.xls Excel-Tabelle von Franz Kass.]
 
* Eine umfassende Zusammenstellung der pK<sub>S</sub>- und pK<sub>B</sub>-Werte als [http://www.kass-net.de/download/pkb_pks.xls Excel-Tabelle von Franz Kass.]
  
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Aktuelle Version vom 24. April 2017, 13:48 Uhr

Säurestärke
vernetzte Artikel
Säure-Base-Reaktionen pH-Wert-Berechnung
PKs.png

Vergleicht man verschiedene Säuren gleicher Konzentration (z. B. Salzsäure mit Essigsäure), ergeben sich unterschiedliche pH-Werte (s. Experimente). Diese Beobachtung lässt sich über die Säurestärke erklären:

Allgemeines

Die Säurestärke oder Acidität gibt an, in welchem Umfang eine Säure in Wasser protolysiert, d. h. die in der Säure enthaltenen H+-Ionen tatsächlich abgespalten werden.

pKS-Werte

Der pKS-Wert ist ein Maß für die Säurestärke. Je niedriger der pKS-Wert, desto stärker (protolysiert) ist die Säure, siehe Tabelle. Im allgemeinen gilt eine Säure mit einem pKS-Wert größer 4 als schwache Säure.

Der pKS-Wert ist der pH-Wert, bei dem 50 % der Säure dissoziiert ist, d. h. die Hälfte aller in der Säure enthaltenen H+-Ionen frei in wässriger Lösung vorliegen.

Als Formel:

pKS = 2 · pH + lg c(HA) bzw. pH = 0,5 · (pKS - lg c(HA))

Der pKS-Wert leitet sich als negativer dekadischer Logarithmus (vgl. pH-Wert) von der Säurekonstanten KS ab: pKS = -lg KS.

Anhand dieses mathematischen Zusammenhanges lässt sich der pKS-Wert experimentell bestimmen (siehe unten). Eine umfassende Zusammenstellung der pKS-Werte als Excel-Tabelle von Franz Kass.

Experimentelle Bestimmung von pKS-Werten

Die pKs-Werte schwacher Säuren lassen sich auf verschiedenen Wegen experimentell bestimmen:

  1. Bestimmung des pKS-Wertes mittels Halbtitration
    Bei unbekannter Konzentration der schwachen Säure kann der pKS mittels Halbtitration bestimmt werden.
  2. Bestimmung des pKS-Wertes bei bekannter Konzentration der schwachen Säure
    Der pH-Wert am sog. Halbäquivalenzpunkt ist bei schwachen Säuren gleich dem pKS-Wert der Säure. Hierzu gibt man zu der schwachen Säure genau die Hälfte der Stoffmenge (n = V · c) an starker Base (z. B. Natronlauge), die man für die Neutralisation einer starken Säure (wie Salzsäure) benötigt hätte.
    Beispiel: Gibt man zu 100 mL Essigsäure (c = 1 mol/L) 50 mL Natronlauge (c = 1 mol/L) hinzu, stellt sich ein pH-Wert von 4,8 ein, der dem pKs-Wert entspricht.
  3. Messung des pH-Wertes und Errechnen des pKS-Wertes
    Am Beispiel der Essigsäure soll der pKS-Wert durch Messung des pH-Wertes bestimmt werden:
    Ausgangskonzentration der Essigsäure lt. Hersteller: c = 10-2 mol · L-1 ; gemessener pH-Wert = 3,4.
    Errechnen des pKS-Wertes:
    Geg.: c(Essigsäure) = 10-2 mol · L-1; pH = 3,4.
    Ges.: pKS(Essigsäure)
    Lösung: pKS = 2 · pH + lg c(HA)
    Einsetzen: pKS = 2 · 3,4 + lg 10-2
    Ausrechnen: pKS = 6,8 + (-2) = 4,8
    Antwort: Der pKS-Wert von Essigsäure beträgt 4,8.

Basenkonstante

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

B(aq) + H2O ⇌ HO + OH-

KB = c(HB+) · c(OH-) / c(B) ;pKB = -lg KB

Der pKS-Wert + den pKB-Wert müssen zusammen immer = 14 ergeben.

Mehrprotonige Säuren

Beispiele für mehrprotonige Säuren sind Schwefelsäure (H2SO4) oder Phosphorsäure (H3PO4). Die Moleküle dieser Säuren sind in der Lage, mehr als nur ein Proton abzugeben. Da diese Säuren stufenweise protolysieren (1. Proton weg, dann das 2. usw.), gibt für jede Stufe einen eigenen pKS-Wert.

Beispiel Protolyse der 3-protonigen Phosphorsäure:

1. Schritt (= 1. Protolysestufe): In wässriger Lösung bilden sich zunächst Dihydrogenphosphat-Ionen (H2PO4-):

H3PO4 + H2OPfeil.gifH3O+ + H2PO4-

2. Schritt (= 2. Protolysestufe): Bei höherem pH-Wert bilden sich Hydrogenphosphat-Ionen (HPO42-):

H2PO4- + H2OPfeil.gifH3O+ + HPO42-

3. Schritt (= 3. Protolysestufe): Bei noch höherem pH-Wert bilden sich Phosphat-Ionen (PO43-):

HPO42- + H2OPfeil.gifH3O+ + PO43-


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 pKS-Wert angeben. Nur Phosphorsäure in der 1. Protolysestufe zum Dihydrogenphosphat-Ion ist mit einem pKS = 2,13 eine relativ starke Säure. Die weiteren Protonen werden nicht mehr so leicht abgespalten. In der 2. und 3. Protolysestufe liegt der pKS-Wert bei 7,2 bzw. 12,63, also wie bei einer schwachen Säure (siehe Tabelle).

Um die pKS-Werte mehrprotoniger Säuren auseinanderzuhalten, werden diese entsprechend ihrer Protolysestufe bezeichnet. Bei der Phosphorsäure also pKS1 = 2,13; pKS2 = 7,2; pKS3 = 12,63.

Experimente

Haben gleich konzentrierte Säuren wirklich unterschiedliche pH-Werte?

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

Geräte: Schutzbrille, 2 Bechergläser (50 mL)

Chemikalien: 2 pH-Stäbchen, je ca. 2 mL Essigsäure und Salzsäure (c = 1 mol/L)

Durchführung:

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 gehalten wird und die jeweiligen pH-Werte abgelesen werden können.

Nun kann die Ausgangsfrage sicher beantwortet werden ...

weitere Experimente

Übungen

Übungsaufgaben zur pH-Wert-Berechnung unter Berücksichtigung der Säurestärke findest Du hier.

Im Chemiebuch ...
findest Du weitere Informationen
zum Thema Säurestärke:
Chemie FOS-T

auf Seite
152

Chemie heute

auf Seite
112, 417

Elemente Chemie

auf Seite
205

Weblinks


Dieser Artikel wurde verfasst von: --Blume,--Tascha,--Daddy 12:13, 9. Jan 2006 (CET)

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