EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

KM-6: Übertragung – Umgang mit Materie Wasser – Lösungsmittel und Reaktionspartner 109 109 Abb. 109–1: Die Autoprotolyse des Wassers Gültigkeit der Br ø nsted-Theorie Die Br ø nsted-Theorie ist auf wässrige und nicht wässrige Systeme anwendbar. Da aber sehr viele Reaktionen in der Natur in wässriger Lösung verlaufen, er- folgt in diesem Buch eine Beschränkung auf verdünnte wässrige Lösungen. Wasser – Lösungsmittel und Reaktionspartner Wasser spielt eine zentrale Rolle bei Protolysenreaktionen. Wasser ist entweder nur Lösungsmittel oder Lösungsmittel und Reaktionspartner. HSO 4 – (aq) + F – (aq) SO 4 2– (aq) + HF (aq) HSO 4 – (aq) + H 2 O SO 4 2– (aq) + H 3 O + (aq) Die Kennzeichnung mit (aq) entfällt (leider) meistens. Die Wasserkonzentration von 55,56 mol/Liter (siehe Info-kasten) ist im Vergleich zu den geringen Säure- bzw. Basenkonzentrationen sehr groß. Auch wenn Was- ser an einer Reaktion beteiligt ist, kann die Änderung vernachlässigt werden. Die Wassermoleküle unterliegen einer Autoprotolysereaktion (= Säure-Basen- Reaktion der Wassermoleküle untereinander). Sie findet in jeder wässrigen Lösung statt. Das Ausmaß dieser Autoprotolyse- reaktion ist – wie aus dem Alltag – bekannt, nicht sehr groß. Das Gleichgewicht liegt hier bei den Ausgangsstoffen. Die Reaktion lässt sich aber auch experimentell feststellen. Reinstes Wasser hat eine – wenn auch sehr geringe – elektrische Leitfähigkeit, die auf die bei der Autoprotolyse entstehenden Ionen zurückzuführen ist. Die Stärke von Säuren und Basen Zur Beurteilung der Gleichgewichtslage von Protolysereaktionen benötigt man mehr Informationen über die beteiligten Säuren und Basen. Das entscheidende Merkmal ist die Stärke, die die Reaktionsfreudigkeit der Stoffe angibt. 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 ab, so wird sie zu einer schwachen Base mit geringer Tendenz zur Protonenauf- nahme. 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 Reaktio- nen verlaufen weitgehend vollständig, dh., das Gleichgewicht der Reaktion liegt stark auf der Seite der Produkte. Es reagiert immer die stärkste Säure mit der stärksten Base. Das Gleichgewicht einer Protolyse-Reaktion liegt immer auf der Seite der schwächeren Säure und schwächeren Base . HCl + NH 3 Cl - + NH 4 + Säure (I) Base (II) Säure (II) Base (I) HCl + H 2 O Cl - + H 3 O + Säure (I) Base (II) Säure (II) Base (I) HSO 4 – + F – SO 4 2– + HF Säure (I) Base (II) Säure (II) Base (I) H 2 CO 3 + CO 3 2– HCO 3 – + HCO 3 – Säure (I) Base (II) Säure (II) Base (I) Beispiele für Protolyse-Reaktionen HCl H 3 O + NH 4 + H 2 O NH 3 Cl – H 2 O NH 3 OH – NH 2 – Säurestärke Basenstärke Abb. 109–2: Säure- und Basenstärke konjugierter SB-Paare Abb. 109–3: Gleichgewichtslage bei Säure- Base-Reaktionen Säure stark + Base stark Säure schwach + Base schwach Hier liegt das Gleichgewicht Konzentration des Wassers = 55,6 mol/L 1 Liter entspricht 1000 g n = m/M ⇒ n = 1000/18 mol = 55,6 mol + + Üb Übungen 109.1 bis 109.2 1. Ergänze folgende Protolysenreaktionen (Säure immer links): a) HNO 3 + HCO 3 – b) HBr + NH 3 c) H 2 PO 4 – + CN – 2 Formuliere die folgenden Protolysenre- aktionen a) Flusssäure reagiert mit Ammoniak b) Perchlorsäure reagiert mit Hydro- genphosphat c) Salzsäure reagiert mit Hydrogencar- bonat H 2 O + H 2 O → H 3 O + + OH - Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv