EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

Säure – Base – Ampholyte – Protolysereaktion 5.1 Grunddefinitionen nach Br ø nsted 108 108 Der Schwede Svante Arrhenius entwickelte 1887 erstmalig eine zusammen- hängende Theorie der Säuren und Basen, die weitgehend mit experimentellen Ergebnissen übereinstimmte. Seine Theorie enthielt noch einige Mängel und wurde 1923 vom Dänen Johannes Br ø nsted zur Säure-Base-Theorie weiterent- wickelt, die in diesem Buch vorgestellt wird. Das entscheidende Teilchen bei Säure-Base-Reaktionen ist das H + -Ion (Proton). Säuren Säuren sind Protonenspender („Protonen-Donatoren“), dh. im Prinzip alle Stoffe, die Wasserstoff enthalten. Als allgemeine Formel für Säuren verwendet man daher das Symbol HA . Metallkationen können über ihre Hydrathülle ebenfalls als Säure wirken. Dieser Effekt ist aber nur bei relativ kleinen Kationen mit einer großen Ionenladung von Bedeutung (zB: Fe 3+ , Al 3+ ) Beispiele für Säuren: H Cl, H NO 3 , H 2 SO 4 , H SO 4 – , H 2 O, N H 4 + , CH 3 COO H Basen Basen sind Protonenempfänger („Protonen-Akzeptoren“). Voraussetzung für eine Base ist die Fähigkeit, Protonen zu binden. Daher sind Basen entweder Anionen oder Stoffe, die ein nicht bindendes (= freies) Elektronenpaar besitzen (zB H 2 O und NH 3 ). Dieses befähigt sie, ein H + -Ion aufzunehmen. Als allgemeine Bezeichnung für Basen verwendet man das Symbol B – oder B . Beispiele für Basen: HSO 4 – , OH – , NH 3 , CH 3 NH 2 , O 2– Ampholyte Viele Stoffe können sowohl die Funktion einer Säure wie auch die einer Base ausüben. Diese Stoffe bezeichnet man als Ampholyte. Ob ein Ampholyt als Säu- re oder Base reagiert, hängt vom Reaktionspartner ab. Beispiele für Ampholyte: HSO 4 – , H 2 O, H 2 PO 4 – , Protolysereaktion Bei einer Säure-Base-Reaktion wird immer ein Proton von einer Säure auf die Base übertragen. Diese Reaktion bezeichnet man daher als Protolyse (Protonen- übertragung). Für eine Protolyse-Reaktion sind immer beide Reaktionspartner nötig. Nie kann eine Säure ein Proton abgeben, ohne dass dieses sofort an eine Base gebunden wird. Freie Protonen sind im materieerfüllten Raum auf Grund ihrer großen Ladungs- dichte nicht möglich. Jede Protolyse kann folgendermaßen formuliert werden: Alle Säure-Base-Reaktionen führen zu einem sich rasch einstellenden Gleichge- wicht. Konjugiertes Säure-Basen-Paar Aus der Säure HA entsteht durch Protonenabgabe eine Base A – und aus der Base B – die Säure HB. Jede Säure besitzt daher eine ganz bestimmte, ihr zuge- hörige Base. Ein solches zusammengehöriges Säure-Base-Paar bezeichnet man als konjugiert. Abb. 108–1: Johannes Br ø nsted (1879–1947) HA + B - A - + HB Säure Base für die Hinreaktion Säure Base für die Rückreaktion H 2 SO 4 HSO 4 - H 2 O NH 3 H 3 O + OH - O 2 - HSO 4 - SO 4 2 - OH - H 2 O NH 2 - Säuren Basen Weitere konjugierte SB-Paare: Säure und Base unterscheiden sich nur durch ein H + -Ion und dadurch auch in der Ladung Abb. 108–2: Kationensäuren Kationensäuren Manche Metallkationen beeinflussen über ihre Hydrathülle die Säurestärke des Wassers. Dies gilt vor allem für relativ kleine Ionen mit großer Ladung. O H H H + Abb. 108–3: Wasser als Ampholyt Wasser als Base Wasser als Säure H 3 O + H 2 O OH – Abb. 108–4: Der Verlauf einer Protolyse Säure-Reaktion Base-Reaktion Laugen Ionische Verbindungen mit Alkali- bzw. Erd- alkali-Kationen (dh. Na + , K + bzw. Mg 2+ , Ca 2+ , Ba 2+ ) als Kation, und der Base OH – (Hydroxid- Ion) als Anion, sind in Wasser mehr oder min- der gut löslich. Dabei wird das OH – -Ion nicht erst bei einer Reaktion mit Wasser gebildet, sondern es gelangt durch die Auflösung des Hydroxids ins Wasser. Lösungen, die auf die- se Weise entstehen, heißen Laugen. Sie sind stark basisch! Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv