Säure-Base-Reaktionen

Säuren und Basen
Säure-Base-Reaktionen
Saure und alkalische Lösungen
AKAD 107
1
ICH BIN SAUER
(chemisch)
• elektrisch leitfähig
• färbt Indikatoren charakteristisch
(Universalindikator: rot)
• stark sauer: ätzend
• reagiert mit unedlen Metallen unter Bildung
von Wasserstoff
• reagiert mit Kalk unter Bildung von CO2
Aluminium reagiert mit Salzsäure
Kalk reagiert mit Salzsäure
http://jazzroc.files.wordpress.com/2008/10/yoghurt.jpg
http://images.google.ch/imgres?imgurl=http://www.cricketbread.com/images/finished_sauerkraut.jpg&imgrefurl=http://cricketbread.com/blog/2007/08/08/making-sauerkraut/&usg=__ih_k2QtQKa8_Z3S9dyN3VuKDM6U=&h=432&w=324&sz=116&hl=de&start=14&tbnid=NrxoqaipD_b4SM:&tbnh=126&tbnw=95&prev=/images%3Fq%3DSauerkraut%26gbv%3D2%26hl%3Dde
http://images.google.ch/imgres?imgurl=http://home.pfaffenhofen.de/ft/ogv/images/apfel.JPG&imgrefurl=http://home.pfaffenhofen.de/ft/ogv/apfel.html&usg=__teh96lwur5IneJopzKVeT5Ehkk4=&h=535&w=373&sz=36&hl=de&start=3&tbnid=yrCszwIZKkRPIM:&tbnh=132&tbnw=92&prev=/images%3Fq%3DApfel%26gbv%3D2%26hl%3Dde
http://www.auerdult.de/printable/images/md2008konfituere_650.jpg
http://www.pizzacasa.ch/shop/images/wein.JPG
2
Nicht sauer: ALKALISCH
Berner Hahnenburger ist leicht alkalisch.
Schuld daran sind die gelösten Mineralien.
• elektrisch leitfähig
• färbt Indikatoren charakteristisch
(Universalindikator: blau-violett)
• stark alkalisch: ätzend
http://www.internationalposter.com/pimages/SWL07930.jpg
http://www.duisburg.de/vv/53-5/medien/Wasserhahn.jpg
3
Weder sauer noch alkalisch:
NEUTRAL
• färbt Indikatoren charakteristisch
(Universalindikator: grün)
http://niesgrau-versand.de/ebay_artikel/mini-270809%20005.jpg
4
Säuren: Molekülbau
Die folgenden Moleküle und Molekülionen
können als Säure reagieren.
Welche Gemeinsamkeit haben alle Teilchen?
H2O, H2SO4 , HCl, H2S, NH4+, H2PO4-
5
Säuren: Molekülbau
Gemeinsamkeit: alle Teilchen besitzen
mindestens ein gebundenes H-Atom.
H2O, H2SO4 , HCl, H2S, NH4+, H2PO4-
6
Säure-Base-Reaktion
PROTOLYSE = Protonenverschiebung
Ein H+ wird von der Säure abgegeben, die
Base nimmt es auf.
Säure = ProtonenSpender
Base = ProtonenBinder
http://images.google.ch/imgres?imgurl=http://www.sprachhexen.com/teaching/lesson_tips/images/eselsbruecke.gif&imgrefurl=http://www.sprachhexen.com/teaching/lesson_tips/mnemonic/index.htm&usg=__DyqDg_fzWjLQaPA5LJJKRZDag1A=&h=237&w=230&sz=17&hl=de&start=1&tbnid=o3XcwrjoIDfmaM:&tbnh=109&tbnw=106&prev=/images%3Fq%3DEselsbr%25C3%25BCcke%26gbv%3D2%26hl%3Dde
7
Säure-Base-Reaktionen
HX + B  X- + HB+
S
B
k.B. k.S.
Säure  korrespondierende Base + H+
Base + H+  korrespondierende Säure
8
Wasser als Säure
Eine alkalische Lösung entsteht, wenn Wasser
als Säure reagiert.
Wenn eine Base ein Proton von einem
Wassermolekül aufnimmt, entsteht ein
Hydroxid-Ion OH-.
ALKALISCHE LÖSUNGEN ENTHALTEN
VIELE HYDROXID-IONEN OH-.
9
Wasser als Base
Eine saure Lösung entsteht, wenn Wasser als
Base reagiert.
Wenn eine Säure ein Proton an ein
Wassermolekül abgibt, entsteht ein
Oxonium-Ion H3O+.
SAURE LÖSUNGEN ENTHALTEN VIELE
OXONIUM-IONEN H3O+.
10
Molekülbau Säure und Base
Säure: H an stark polarer Bindung
Base: nichtbindendes Elektronenpaar
Welche der folgenden Teilchen können als
Säure reagieren, welche als Base?
(Tipp: Lewisformel zeichnen!)
HCl, H2O, NH3, Na, H-, HCOOH, CH4
11
Molekülbau Säure und Base
Säure: H an stark polarer Bindung
Base: nichtbindendes Elektronenpaar
Welche der folgenden Teilchen können als
Säure reagieren, welche als Base?
HCl, H2O, NH3, Na, H-, HCOOH, CH4
S
S,B; S,B; ---; (B); S,B;
--12
Ein- und mehrprotonige Säuren
Wie viele Protonen können die folgenden
Säuremoleküle abgeben?
H2O, H2SO4, HCOOH, H3PO4 ?
13
Ein- und mehrprotonige Säuren
Wie viele Protonen können die folgenden
Säuremoleküle abgeben?
H2O, H2SO4, HCOOH, H3PO4
2
2
1
3
14
Säurestärke
Wovon hängt die Säurestärke ab?
1) Vergleiche die Stärken der Säuren NH3,
HF und H2O und begründe die Abfolge.
2) Vergleiche die Stärken der
Halogenwasserstoffsäuren und begründe
die Abfolge.
15
Säurestärke
Abhängigkeit der Säurestärke von
1) Polarität der X-H-Bindung (je stärker
polar desto grösser die Säurestärke)
2) Bindungslänge der X-H-Bindung (je
länger desto grösser die Säurestärke)
16
Säure-Base-Reihe
Säure  korr. Base + H+
Säurestärke:
stark OBEN
17
Basenstärke:
stark UNTEN
Gleichgewichtslage bei SäureBase-Reaktionen
Gleichgewicht liegt auf der Seite der
schwächeren Säuren und Basen.
Säure-Base-Reihe lesen!
Wenn Säure oben links mit Base unten rechts
reagiert, liegt das Gleichgewicht auf
Produktseite.
18
Gleichgewichtslage bei SäureBase-Reaktionen
Reaktionsgleichungen und
Gleichgewichtslage:
1) Essigsäure reagiert mit Ammoniak
2) Ammoniak reagiert mit Wasser
3) Wasser reagiert mit Wasser (kein Tippfehler)
19
Gleichgewichtslage bei SäureBase-Reaktionen
1) H3CCOOH + NH3  H3CCOO- + NH4+
Ggw rechts
2) NH3 + H2O  OH- + NH4+
Ggw links
3) H2O + H2O OH- + H3O +
Ggw. links
20
Autoprotolyse von Wasser
21
Ionenprodukt von Wasser
Das Gleichgewicht der Autoprotolyse von


Wasser
c( H 3O )  c(OH )
K
c 2 ( H 2O)
liegt so stark auf Eduktseite, dass die
Wasserkonzentration als konstant
angenommen wird und K vereinfacht wird:


KW  c( H 3O )  c(OH )
22
Ionenprodukt von Wasser
Bei Raumtemperatur und Normaldruck gilt:


14 mol 2
KW  c( H 3O )  c(OH )  10
2
L
Die Konzentrationen der Oxonium- und
Hydroxid-Ionen sind gleich gross, d.h. sie
betragen
c( H 3O  )  c(OH  )  107 mol
23
L
Saure Lösung: c(H3


KW  c( H 3O )  c(OH )  10
+
O)
14
gross
mol 2
2
L
gilt auch in saurer Lösung, die Konzentration der
Oxonium-Ionen ist aber höher als in reinem
Wasser. Damit ist zwingend gegeben, dass die
Konzentration der Hydroxid-Ionen tiefer ist als in
reinem Wasser.

7
c( H 3O )  10 mol

7
c(OH )  10 mol
24
L
L
Alkalische Lösung:


c(OH )
KW  c( H 3O )  c(OH )  10
14
mol 2
gross
2
L
gilt auch in alkalischer Lösung, die Konzentration
der Hydroxid-Ionen ist aber höher als in reinem
Wasser. Damit ist zwingend gegeben, dass die
Konzentration der Oxonium-Ionen tiefer ist als in
reinem Wasser.

7
c( H 3O )  10 mol

7
c(OH )  10 mol
25
L
L
Konzentrationsmass: pH-Wert
Die Konzentrationen der Oxonium- und
Hydroxid-Ionen in sauren, neutralen und
alkalischen Lösungen sind relativ klein.
Kleine Zahlen sehen furchterregend aus…
z.B. c=0.000000001 mol/L = 10-9 mol/L
Die einzige interessante Zahl daran: 9.
26


pH   log10 c(H3O  )

c=10-9 mol/L  pH=9

pH   log 10 c( H 3O  )
Konzentrationsmass: pH-Wert
Der Exponent ohne Vorzeichen ist der pHWert!
Mathematisch: Der pH-Wert ist der negative
Logarithmus zur Basis 10 des Zahlenwerts
der Oxoniumionenkonzentration.
pH [von pondus Hydrogenii, lat. Gewicht des
Wasserstoffs oder von potentia Hydrogenii, lat.
Kraft des Wasserstoffs]
27
pH-Wert
Neutrale Lösungen: pH=7


7
c( H 3O )  c(OH )  10 mol
Saure Lösungen:
Alkalische Lösungen:
c( H 3O  )  10 7 mol

pH<7
c( H 3O  )  10 7 mol
L
7
c(OH )  10 mol
L

7
c(OH )  10 mol
L
28
L
pH>7
L
Saure und alkalische Lösungen
STOFFEBENE
saure
Lösung
elektrische
Leitfähigkeit
Universalindikator
Reaktion mit Kalk
Reaktion mit
unedlem Metall
29
alkalische
Lösung
pH-Werte: Aufgaben
a) Wie hoch ist der pH-Wert einer wässrigen Lösung
von Wasserstoffchlorid („Salzsäure“) mit einer
Konzentration c=0.01mol/L?
b) Warum beträgt der pH-Wert einer neutralen
Lösung 7?
c) Berechne den pH-Wert und die Konzentration der
Oxoniumionen einer Lösung mit c(OH-)=0.02
mol/L.
30
pH-Werte: Aufgaben
a) pH=2
b) Weil c(OH-)=c(H3O+) und c(OH-)c(H3O+)=10-14
c) c(H3O+)= 10-14/c(OH-)=5 10-13, pH=12.3
31
Saure und alkalische Lösungen
STOFFEBENE
saure
Lösung
elektrische
Leitfähigkeit
Universalindikator
Reaktion mit Kalk
Reaktion mit
unedlem Metall
32
alkalische
Lösung
Saure und alkalische Lösungen
STOFFEBENE
elektrische
Leitfähigkeit
Universalindikator
Reaktion mit Kalk
Reaktion mit
unedlem Metall
saure
Lösung
ja
alkalische
Lösung
ja
rot
blau / violett
ja, Bildung
von CO2
ja, Bildung
von H2
nein
33
nein
Saure und alkalische Lösungen
TEILCHENEBENE saure
Lösung
elektrische
Leitfähigkeit
pH
Konz. H3O+
(Oxonium)
Konz. OH(Hydroxid)
34
alkalische
Lösung
Saure und alkalische Lösungen
TEILCHENEBENE saure
Lösung
elektrische
enthält Ionen
Leitfähigkeit
pH
unter 7
alkalische
Lösung
enthält Ionen
Konz. H3O+
(Oxonium)
Konz. OH(Hydroxid)
viel
wenig
wenig
viel
35
über 7