Elemente und Moleküle, Schulbuch

53 4.2 SÄUre-BaSe-reaKTiOnen Die Stärke von Säuren und Basen Eine Säure ist stark, wenn die Tendenz zur Protonenabgabe groß ist, dh., wenn sie das Proton nicht sehr fest gebunden hat. Gibt eine solche Säure ihr Proton an eine Base ab, so wird sie selbst zu einer schwachen Base mit geringer Tendenz zur Pro- tonenaufnahme. Je stärker eine Säure ist, desto schwächer ist ihre konjugierte Base . Für Basen gilt analog dasselbe. Eine starke Base hat eine schwache konjugierte Säure. Reagieren in einer Protolyse-Reaktion eine starke Säure und eine starke Base, so entstehen eine schwache Säure und eine schwache Base. Solche Reaktionen verlaufen weitgehend vollständig, dh., das Gleichgewicht der Reaktion liegt stark auf der Seite der Produkte. Das Gleichgewicht einer Protolyse-Reaktion liegt immer auf der Seite der schwächeren Säure und schwächeren Base (Abb. 53.1). Um die Stärke von Säuren untereinander vergleichen zu können, lässt man alle Säu- ren mit derselben Base reagieren und bestimmt jeweils die Gleichgewichtskonstan- te der Reaktion. Je größer diese ist, desto besser ist die Reaktion verlaufen und desto stärker ist die entsprechende Säure. Als Bezugsbase wählt man den Ampho- lyten Wasser . Derselbe Vorgang ist für Basen möglich; als Bezugssäure wird eben- falls Wasser verwendet. Viele Reaktionen in der Natur verlaufen in wässriger Lösung. Obwohl die Br ø nsted-Theorie auch auf nicht wässrige Systeme anwendbar ist, er- folgt in diesem Buch eine Beschränkung auf verdünnte wässrige Lösungen . Die Wasserkonzentration von 55,56 mol/Liter ist im Vergleich zu den geringen Säu- re- bzw. Basenkonzentrationen sehr groß. Auch wenn Wasser an einer Reaktion beteiligt ist, kann die Änderung vernachlässigt werden. Konstante Konzentrationen werden immer in die Konstante einbezogen; daher gilt in verdünnten wässrigen Lösungen immer c g (Wasser) = 1 im Massenwirkungsgesetz. Durch die Bestimmung der Gleichgewichtskonstanten für alle Reaktionen von Säu- ren bzw. Basen mit Wasser erhält man eine Reihung nach dem Ausmaß ihrer Proto- lyse und damit nach ihrer Stärke. (Siehe Tabelle I im Anhang.) Für bestimmte Reaktionen versieht man die Gleichgewichtskonstante K mit einem Index; so bezeichnet man die Gleichgewichtskonstante für die Reaktion einer Säure mit Wasser als Säurekonstante K A (Abb. 53.2); die Gleichgewichtskonstante für die Reaktion einer Base mit Wasser als Basenkonstante K B (Abb. 53.3). Auf den Seiten 54 und 55 erfolgt eine Einteilung der Säuren bzw. Basen nach ihrer Stärke. Die wichtigste Reaktion in wässriger Lösung ist die Autoprotolyse von Wasser. Der Ampholyt Wasser geht dabei folgende Reaktion ein: H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH – Diese „Reaktion“ der Wasser-Moleküle bezeichnet man als Autoprotolyse des Was- sers (Abb. 53.4). Sie findet in jeder wässrigen Lösung statt und lässt sich auch experimentell fest- stellen. Reinstes Wasser hat eine – wenn auch sehr geringe – elektrische Leitfähig- keit, die auf die bei der Autoprotolyse entstehenden Ionen zurückzuführen ist. Auch die Gleichgewichtskonstante zeigt, dass das Ausmaß der Protolyse sehr gering ist. K A = c g (H 3 O + ) • c g (OH – ) = 10 –14 = K W Diese Säurekonstante des Wassers bezeichnet man auch als Ionenprodukt ( K W ) des Wassers . Das Ionenprodukt des Wassers muss in jeder wässrigen Lösung erfüllt sein. In rei- nem Wasser ist die H 3 O + -Ionenkonzentration gleich der OH – -Ionenkonzentration. Sie beträgt daher 10 –7 mol/L. Im Wasser liegt das Gleichgewicht fast ausschließlich auf der Seite der H 2 O-Moleküle (Abb. 53.5). Säure stark + Base stark Säure schwach + Base schwach Hier liegt das Gleichgewicht HA + H 2 O H 3 O + + A – K A = c g (H 3 O + ) • c g (A – ) c g (HA) B – + H 2 O OH – + HB K B = c g (OH – ) • c g (HB) c g (B – ) + + c g (H 3 O + ) = c g (OH – ) c g (H 3 O + ) = c g (OH – ) = 10 –14 = 10 –7 Im reinen Wasser gilt: Abb. 53.1: Gleichgewichtslage bei S-B-Reaktionen Abb. 53.5: Konzentration der Ionen des Wassers Abb. 53.4: Autoprotolyse des Wassers Abb. 53.3: Massenwirkungsgesetz für die Reaktion einer Base mit Wasser Abb. 53.2: MWG für die Reaktion einer Säure mit Wasser H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH – Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv