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1
Säuren und BasenSäure-Base-Reaktionen
Saure und alkalische Lösungen
AKAD 107
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2
ICH BIN SAUER (chemisch)
• elektrisch leitfähig• färbt Indikatoren charakteristisch
(Universalindikator: rot)• stark sauer: ätzend • reagiert mit unedlen Metallen unter Bildung
von Wasserstoff Aluminium reagiert mit Salzsäure
• reagiert mit Kalk unter Bildung von CO2 Kalk reagiert mit Salzsäure
http://jazzroc.files.wordpress.com/2008/10/yoghurt.jpghttp://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%3Ddehttp://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%3Ddehttp://www.auerdult.de/printable/images/md2008konfituere_650.jpghttp://www.pizzacasa.ch/shop/images/wein.JPG
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3
Nicht sauer: ALKALISCH
• elektrisch leitfähig• färbt Indikatoren charakteristisch
(Universalindikator: blau-violett)• stark alkalisch: ätzend
http://www.internationalposter.com/pimages/SWL07930.jpghttp://www.duisburg.de/vv/53-5/medien/Wasserhahn.jpg
Berner Hahnenburger ist leicht alkalisch.Schuld daran sind die gelösten Mineralien.
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4
Weder sauer noch alkalisch:NEUTRAL
• färbt Indikatoren charakteristisch (Universalindikator: grün)
http://niesgrau-versand.de/ebay_artikel/mini-270809%20005.jpg
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5
Säuren: Molekülbau
Die folgenden Moleküle und Molekülionen können als Säure reagieren.
Welche Gemeinsamkeit haben alle Teilchen?
H2O, H2SO4 , HCl, H2S, NH4+, H2PO4
-
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6
Säuren: Molekülbau
Gemeinsamkeit: alle Teilchen besitzen mindestens ein gebundenes H-Atom.
H2O, H2SO4 , HCl, H2S, NH4+, H2PO4
-
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7
Säure-Base-Reaktion
PROTOLYSE = Protonenverschiebung
Ein H+ wird von der Säure abgegeben, die Base nimmt es auf.
Säure = ProtonenSpenderBase = 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
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8
Säure-Base-Reaktionen
HX + B X- + HB+
S B k.B. k.S.
Säure korrespondierende Base + H+
Base + H+ korrespondierende Säure
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9
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-.
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10
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+.
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Molekülbau Säure und Base
Säure: H an stark polarer BindungBase: nichtbindendes Elektronenpaar
Welche der folgenden Teilchen können als Säure reagieren, welche als Base? (Tipp: Lewisformel zeichnen!)
HCl, H2O, NH3, Na, H-, HCOOH, CH4
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12
Molekülbau Säure und Base
Säure: H an stark polarer BindungBase: 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; ---
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13
Ein- und mehrprotonige Säuren
Wie viele Protonen können die folgenden Säuremoleküle abgeben?
H2O, H2SO4, HCOOH, H3PO4 ?
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14
Ein- und mehrprotonige Säuren
Wie viele Protonen können die folgenden Säuremoleküle abgeben?
H2O, H2SO4, HCOOH, H3PO4
2 2 1 3
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15
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.
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16
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)
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17
Säure-Base-Reihe
Säure korr. Base + H+
Säurestärke:stark OBEN
Basenstärke:stark UNTEN
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18
Gleichgewichtslage bei Säure-Base-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.
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19
Gleichgewichtslage bei Säure-Base-Reaktionen
Reaktionsgleichungen und Gleichgewichtslage:
1) Essigsäure reagiert mit Ammoniak2) Ammoniak reagiert mit Wasser3) Wasser reagiert mit Wasser (kein Tippfehler)
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20
Gleichgewichtslage bei Säure-Base-Reaktionen
1) H3CCOOH + NH3 H3CCOO- + NH4+
Ggw rechts 2) NH3 + H2O OH- + NH4
+
Ggw links3) H2O + H2O OH- + H3O +
Ggw. links
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21
Autoprotolyse von Wasser
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22
Ionenprodukt von Wasser
Das Gleichgewicht der Autoprotolyse von Wasser
liegt so stark auf Eduktseite, dass die Wasserkonzentration als konstant angenommen wird und K vereinfacht wird:
)()()(
22
3
OHcOHcOHcK
)()( 3 OHcOHcKW
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23
Ionenprodukt von Wasser
Bei Raumtemperatur und Normaldruck gilt:
Die Konzentrationen der Oxonium- und Hydroxid-Ionen sind gleich gross, d.h. sie betragen
2214
3 10)()(L
molOHcOHcKW
LmolOHcOHc 7
3 10)()(
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24
Saure Lösung: c(H3O+) gross
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.
2214
3 10)()(L
molOHcOHcKW
LmolOHc
LmolOHc
7
73
10)(
10)(
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25
Alkalische Lösung: c(OH-) gross
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.
2214
3 10)()(L
molOHcOHcKW
LmolOHc
LmolOHc
7
73
10)(
10)(
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26
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.
)OH(clogpH 310
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27
Konzentrationsmass: pH-Wert
Der Exponent ohne Vorzeichen ist der pH-Wert!
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]
)(log 310 OHcpHc=10-9 mol/L pH=9
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28
pH-Wert
Saure Lösungen:
pH<7
Alkalische Lösungen:
pH>7LmolOHc
LmolOHc
7
73
10)(
10)(
LmolOHc
LmolOHc
7
73
10)(
10)(
Neutrale Lösungen: pH=7
LmolOHcOHc 7
3 10)()(
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29
Saure und alkalische Lösungen
STOFFEBENE saure Lösung
alkalische Lösung
elektrische LeitfähigkeitUniversalindikator
Reaktion mit Kalk
Reaktion mit unedlem Metall
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30
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.
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31
pH-Werte: Aufgaben
a) pH=2b) 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
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32
Saure und alkalische Lösungen
STOFFEBENE saure Lösung
alkalische Lösung
elektrische LeitfähigkeitUniversalindikator
Reaktion mit Kalk
Reaktion mit unedlem Metall
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33
Saure und alkalische Lösungen
STOFFEBENE saure Lösung
alkalische Lösung
elektrische Leitfähigkeit
ja ja
Universalindikator rot blau / violettReaktion mit Kalk ja, Bildung
von CO2
nein
Reaktion mit unedlem Metall
ja, Bildung von H2
nein
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34
Saure und alkalische Lösungen
TEILCHENEBENE saure Lösung
alkalische Lösung
elektrische LeitfähigkeitpH
Konz. H3O+ (Oxonium)Konz. OH- (Hydroxid)
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35
Saure und alkalische Lösungen
TEILCHENEBENE saure Lösung
alkalische Lösung
elektrische Leitfähigkeit
enthält Ionen enthält Ionen
pH unter 7 über 7
Konz. H3O+ (Oxonium)
viel wenig
Konz. OH- (Hydroxid)
wenig viel