Säurestärke

Säurestärke
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Säure-Base-Reaktionen		pH-Wert-Berechnung

Allgemeines

Die Säurestärke oder Acidität gibt an, in welchem Umfang eine Säure in Wasser protolysiert, d. h. die in der Säure enthaltenen H⁺-Ionen abgespalten werden. Vergleicht man verschiedene Säuren gleicher Konzentration (z. B. Salzsäure mit Essigsäure), ergeben sich unterschiedliche pH-Werte (s. Versuch).

Starke Säuren wie Salzsäure protolysieren im Wasser vollständig. Schwache Säuren wie Essigsäure hingegen protolysieren im Wasser nur zum Teil, der pH-Wert ist höher (= weniger sauer), als sich nach Konzentration der Säure erwarten lässt.

pK_S-Werte

Der pK_S-Wert ist ein Maß für die Säurestärke. Je höher der pK_S-Wert, desto schwächer ist die Säure, siehe Tabelle. "Schwache" Säure (z. B. Essigsäure) bedeutet in diesem Zusammenhang, dass in wässriger Lösung nur ein Teil der in der Säure enthaltenen H⁺-Ionen abgespalten werden. Der pK_S-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: pK_S = 2 · pH + lg c(HA) bzw. pH = 1/2 · (pK_S - lg c(HA))

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

Anhand dieses mathematischen Zusammenhanges lässt sich der pK_S-Wert experimentell bestimmen, siehe Berechnungsbeispiel. Eine umfassende Zusammenstellung der pK_S-Werte als Excel-Tabelle von Franz Kass.

Berechnungsbeispiel

Am Beispiel der Essigsäure soll der pK_S-Wert experimentell bestimmt werden:

Ausgangskonzentration der Essigsäure lt. Hersteller: c = 10^-2 mol · L^-1 ; gemessener pH-Wert = 3,4.

Also:

Geg.: c(Essigsäure) = 10^-2 mol · L^-1; pH = 3,4.

Ges.: pK_S(Essigsäure)

Lösung: pK_S = 2 · pH + lg c(HA)

Einsetzen: pK_S = 2 · 3,4 + lg 10^-2

Ausrechnen: pK_S = 6,8 + (-2) = 4,8

Antwort: Der pK_S-Wert von Essigsäure beträgt 4,8.

Basenkonstante

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 <--> HO + OH^-

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

Der pK_S-Wert + den pK_B-Wert müssen zusammen immer = 14 ergeben.

Mehrprotonige Säuren

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-protonigen Schwefelsäure:

1. Schritt: In wässriger Lösung bilden sich Hydrogensulfat-Ionen (HSO4-).

2. Schritt: Bei höherem pH-Wert bilden sich Sulfat-Ionen (SO42-).

-> 1. Protolysestufe: H2SO4 + H2O <-> H3O+ + HSO4-                                           

-> 2. Protolysestufe: HSO4- + H2O <--> H3O+ + SO42-

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 wiederum als Base.

Versuch

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

Nun kann die Ausgangsfrage sicher beantwortet werden ...

Weblinks

• Säurestärke als Google-Suchbegriff
• Säurestärke in der Wikipedia
• Säurestärke hier in bs-wiki.de mit Google
• Säurestärke als Youtube-Video

Im Chemiebuch ...
findest Du weitere Informationen zum Thema Säurestärke:
Chemie FOS-T     auf Seite -	Chemie heute     auf Seite 112	Elemente Chemie     auf Seite 205

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

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