Säure - Base - Reaktionen

Question 1

Eigenschaften Säuren

Answer 1

Säuren bzw. ihre Lösungen schmecken sauer und können ätzend wirken. Sie reagieren mit unedlen Metallen unter Bildung von Salzen und Wasserstoff

Question 2

Definitionen Säuren

Answer 2

• Arrhenius: -Säuren sind Stoffe, die im Wasser Wasserstoff-Ionen abspalten.
• Brönsted: Säuren sind Protonenspender, d.h. Teilchen oder Stoffe, die ein H(+)-Ion abgeben.

Question 3

Struktur Säuren

Answer 3

Säuer-Moleküle enthalten mindestens ein deutlich polar gebundenes H-Atom, das als H(+) abgegeben werden kann (heterolytische Spaltung, Dissoziation). Die meisten Säuren sind Moleküle (HCl) oder Molekül-Ionen (HSO(4)-, NH(4)+)

Question 4

Eigenschaften Basen

Answer 4

Basen sind Stoffe, welche die Wirkung von Säuren abschwächen oder aufheben (neutralisieren). Lösungen von Basen, auch Laugen genannt, leiten den elektrischen Strom, schmecken seifig und fühlen sich „glitschig“ an. Konzentrierte Laugen wirken ätzend.

Question 5

Definitionen Basen

Answer 5

• Arrhenius: Basen sind Stoffe, die im Wasser Hydroxid-Ionen bilden.
• Brönsted: Basens und Protonenempfänger, sie können ein H(+)-Ion aufnehmen.

Question 6

Struktur Basen

Answer 6

Basen besitzen mindestens ein freies Elektronenpaar, mit dem sie ein Proton (H+) binden können. Die meisten Basen sind Anionen (OH(-), O(2-), S(2-),PO(4)(3+)

Question 7

Saure Lösungen

Answer 7

Eine saure Lösung schmeckt sauer und leitet den elektrischen Strom. Die saure Reaktion lässt sich mit Indikatoren nachweisen

Question 8

Oxonium-Ionen

Answer 8

Die charakteristischen Eigenschaften einer sauren Lösung werden durch die Oxonium-Ionen (H3O+) verursacht. Diese entstehen durch den Übergang eines Protons vom Säure- auf das Wasser-Molekül: HA + H2O ——-> H3O+ + A-

Question 9

Saure Reaktionen

Answer 9

In sauren Lösungen ist die Konzentration der H3O+-Ionen grösser als die der OH(-)-Ionen und damit grösser als 10(-7)mol/L. Der pH-Wert ist kleiner als 7 und umso tiefer, je saurer die Lösung, d.h. je höher die H3O+-Konzentration ist.

Question 10

Alkalische Reaktion

Answer 10

Alkalische Lösungen enthalten mehr Hydroxid- als Hydronium-Ionen, die Konzentration der Hydroxid-Ionen ist umso grösser als 10(-7) mol/L

Question 11

Nachweis alkalische Lösungen

Answer 11

Die alkalische Reaktion einer Lösung lässt sich mit einem Indikator nachweisen. Alkalische Lösungen haben pH-Werte über 7.

Question 12

Neutralisation alkalische Lösungen

Answer 12

Die alkalische Wirkung einer Lösung lässt sich durch Zugabe einer Säure bzw. einer sauren Lösung vermindern oder aufheben.

Question 13

Neutrale Lösung

Answer 13

Neutrale Lösungen sind weder sauer noch alkalisch, ihr pH-Wert ist 7. Die Konzentrationen der H3O+- und der OH(-)-Ionen sind gleich gross und betragen bei 25°C 10(-7)/mol/L.

Question 14

Protolyse

Answer 14

Bei Säure-Base-Reaktionen werden Protonen von der Säure (Protonenspender) auf die Base (Protonenempfänger) übertragen. Man spricht von Protonenübertragung oder Protolyse

Question 15

Dissoziation

Answer 15

Bei der Protolyse einer Säure HA mit Wasser geben die Säure-Moleküle je ein Proton H(+) an ein Wasser-Molekül ab. Dabei entstehen hydratisierte Säurerest-Ionen A(-) und Oxonium-Ionen (H30+). Die Trennung der Säure-Moleküle in ein Proton und ein Säurerest-Ion wird Dissoziation genannt.

Question 16

Säurestärke

Answer 16

Protolyse sind Gleichgewichtsvorgänge. Die Säurestärke beschreibt die Neigung einer Säure zur Protonenabgabe. Sie ist im Unterschied zur Konzentration eine Stoffeigenschaft. Als Mass dient die Lage des Gleichgewichts der Protolyse im Wasser, die durch die Säurekonstante Ks beschrieben wird:
HA + H2O H30+ + A-
Bei starken Säuren liegt das Gleichgewicht rechts: Der Anteil von A- ist hoch, der Wert der Säurekonstanten ist hoch.

Question 17

Säure-Base-Reihe

Answer 17

In der Säure-Base-Reihe sind die Säuren nach ihrer Stärke geordnet. Die stärkste Säure steht oben links.

Question 18

Molekülbau

Answer 18

Die Säurestärke steigt mit der Länge und mit der Polarität der H-A-Bindung.

Question 19

Korrespondierende Säure-Base-Paare

Answer 19

Die Säure wird durch Abgabe eines Proton zur korrespondierenden Base, aus derlei der Rückreaktion wieder die Säure entsteht. Aus der Base wird durch die Protonenaufnahme die korrespondierende Säure, die bei der Rückreaktion wieder ein Proton abgibt.

Die Säure und ihre korrespondierende Base unterscheiden sich durch ein H+. An einer Protolyse sind immer zwei korrespondierende Säure-Base-Paare beteiligt.

Question 20

Säure-/Basenstärke

Answer 20

Die korrespondierende Base einer Säure ist umso schwächer, je stärker ihre Säure ist.

Question 21

Die Gleichgewichtslage bei Protolysen

Answer 21

Das Gleichgewicht einer Protolyse liegt auf der Seite der schwächeren Säure und der schwächeren Base

Question 22

Mehrprotonie Säuren

Answer 22

Die Moleküle mehrprotoniger Säuren können mehrere Protonen abgeben. Die Abgabe erfolgt stufenweise. Die Säurestärke nimmt mit jedem abgegebenen Proton ab.

Question 23

Ampholyte

Answer 23

Ampholyte können als Säure oder als Base reagieren. Sie stehen sowohl in der Säure - als auch in der Base-Reihe.

A(2) Basenstärke:

HSO4(-) + H2O SO4(2-) + H3O(+)

Question 24

Säure + Wasser (Protolysen)

Answer 24

Säure-Molekül (HA) dissoziieren im Wasser in Protonen (H+) und Säurerest-Ionen (A-). Die Protonen werden von Wasser-Molekülen gebunden, und die gebildeten Oxonium-Ionen (H3O+) werden hydratisiert:
HA + H20 H3O+(aq) + A(-)

Question 25

Säure + Salz

Answer 25

Eine Säure reagiert mit Salzen schwächerer Säuren und „verdrängt“ diese aus dem Salz:
HA + MeX ———-> HX + MeA
st. S. Salz schw. S. Salz

Question 26

Neutralisation

Answer 26

Neutralisation heisst die Reaktion einer sauren mit einer alkalischen Lösung zu Wasser und Salz. Dabei reagieren Oxonium- und Hydroxid-Ionen zu Wasser.
H3O+ OH(-) ———>2 H2O

Question 27

Säure + Hydroxid

Answer 27

Metallhydroxide (MeOH) reagieren mit Säuren (HA) zum Salz der Säure (MeA) und Wasser:
HA + MeOH ——-> MeA + H2O (Stoffgleichung)

In wässrigen Lösungen findet dabei die Neutralisationsreaktion statt: Oxonium- und Hydroxid-Ionen reagieren zu Wasser:
H30(+) + A(-) + Me(+) + OH(-) ——-> Me(+) + A(-) + 2 H2O (Teilchengleichung)

Bei der Reaktion einer mehrprotoniger Säure mit einem Hydroxid entstehen je nach dem Stoffmengenverhälnis verschiedene Salze, z. B.:

H2SO4 + NaOH ——> H2O + NaHSO4
H2SO4 + 2 NaOH —-> 2 H2O + Na2SO4

Sind die Stoffmengen der Säure und das Hydroxid äquivalent, gibt die Säure alle Protonen ab, man spricht von einer vollständigen Neutralisation.

Question 28

Säure + Metalloxid (Protolyse)

Answer 28

Mit einem Metalloxid reagiert eine Säure zum Salz der Säure und Wasser. Das Oxid-Ion (O(2-)) ist eine sehr starke Base.
2 HA + Me2O ——> 2 Me(+) + H2O

Question 29

Metalloxid + Wasser (Protolyse)

Answer 29

Lösliche Metalloxide reagieren mit Wasser zu Hydroxiden. Ihre Lösungen sind alkalisch. Gut löslich sind die Alkalimetalloxidde, etwas löslich BaO, SrO und CaO.

H2O + 2 Me(+) + O(2-) —-> 2 Me(+) + 2 OH(-)

Question 30

Schwefelsäure

Answer 30

Schwefelsäure (H2SO4) ist eine klare, farb- und geruchlose, ölige Flüssigkeit mit hoher Dichte (1.85g/mL). Sie entstehen durch die Reaktion von Schwefeltrioxid mit Wasser, Konzentrierte Schwefelsäure (98%) ist so stark wasseranziehend (hygroskopisch), dass sie Wasser auch als Molekülen organischer Stoffe wie Zucker abspaltet, wodurch diese verkohlen. Auch Textilien, Haut und Haare werden zerstört. Konzentrierte Schwefelsäure dient als Trocknungsmittel. Auto Batterien enthalten 30-bis 40%ige Schwefelsäure.

Question 31

Salzsäure

Answer 31

Salzsäure ist eine wässrige Lösung von Wasserstoffchlorid (HCl) mit einer maximalen Konzentration von 38%. Konzentrierte Salzsäure riecht stark nach Wasserstoffchlorid, weil HCl entweicht. Verdünnte Salzsäure ist Bestandteil des Magensafts

Question 32

Salpetersäure

Answer 32

HNO3 ist eine farblose Flüssigkeit. DA sie durch Lichteinwirkung zerfällt, ist sie häufig durch das beim Zerfall entstehende braune Gas Stickstoffdioxid gelb gefärbt. Salpetersäure ist eine “oxidierende Säure”, sie oxidiert sogar das Edelmetall Silber und kann organische Stoffe entflammen. Salpetersäure entsteht durch die Reaktion von Stickoxiden (NO, NO(2)) mit Wasser (auch in der Luft -> saurer Regen).

Question 33

Kohlensäure

Answer 33

Die Bildung von Kohlensäure (H2CO3) aus Kohlenstoffdioxid und Wasser ist ein Gleichgewichtsvorgang. Bei NB liegt das Gleichgewicht auf der Seite des CO2. Das Carbonat-Ion ist eine starke Base. Carbonate lösen sich in sauren Lösungen auf unter Bildung von Kohlensäure, die in CO2 und H2O zerfällt.

Question 34

Carbonsäure

Answer 34

Bekannte Vertreter der organischen Carbonsäure sind Ameisen-, Essig-, Milch- und Citronensäure. Sie sind bei NB flüssig oder fest. Die Moleküle enthalten mindestens eine -COOH-Gruppe. Aus dieser kann ein H+ abgespalten werden.

Question 35

Autoprotolyse

Answer 35

Bei der Autoprotolyse des Wassers entstehen Oxonium- undHydroxid-Ionen. Das Gleichgewicht liegt stark links:
H2O + H2O ->

Question 36

Ionenprodukt

Answer 36

Wässrige Lösungen enthalten Oxonium- und Hydroxid-Ionen. Für das Produkt ihrer Konzentrationen Kw (auch Ionenprodukt des Wassers) gilt in verdünnten Lösungen bei 25°C.

Kw = c(H3O+) x c(OH-) = 10(-14) mol2/L2

Question 37

pH-Skala

Answer 37

Der pH-Wert ist ein Mass für die H3O+-Konzentration, er nimmt bei einer Verzehnfachung der H3O+-Konzentration um 1 ab. Die konventionelle pH-Skala reicht von 0 bis 14. Lösungen mit pH = 7 sind neutral.

Question 38

Definition pH

Answer 38

Der pH-Wert ist der negative Zehner-Logarithmus (kurz:lg) des Zahlenwerts der H3O+-Konzentration (in mol/L): pH = -[c(H3O+)]

Question 39

Definition pOH

Answer 39

Der pOH ist der negative Zehner-Logarithmus des Zahlenwerts der OH(-)-Konzentration ( in mol/L): pOH = -lg [c(H3O+)]

Question 40

Säurelösungen

Answer 40

Für verdünnte Lösungen starker Säuren gilt: pH = -lg [c(HA)]

Question 41

Hydroxidlösungen

Answer 41

Für verdünnte Lösungen von Metallhydroxiden der [Me(OH)] gilt: pOH = -lg {n x c[Me(OH)n]}

Question 42

Säurekonstante als Mass für die Säurestärke

Answer 42

Die Säurestärke beschreibt die Neigung zur Protonenabgabe. Sie ist im Unterschied zur Konzentration eine Stoffeigenschaft und darf nicht mit der Reaktivität der Säure gleichgesetzt werden.

Question 43

Säurekonstante Ks

Answer 43

Als Mass der Säurestärke dient die Säurekonstante. Sie wird berechnet aus dem Anteil der Säure-Moleküle, die ein Proton (H+-Ion) an Wasser-Moleküle abgeben:

HA + H2O H3O+ + A-

Zur Berechnung der Säurekonstanten multipliziert man die Gleichgewichtskonstane der Protolyse mit der Wasserkonzentration (die praktisch konstant bleibt):

K = c(H3O+) x c(A-) / c(HA) x c(H2O)
Ks= K x c(H2O) = c(H3O+) x c(A-) / c(HA)
c = Konzentration in mol/L im Gleichgewichtszustand

Bei starken Säuren liegt das Gleichgewicht rechts: c(A-), der Wert der Säurekonstanten Ks ist gross.

Question 44

pKs

Answer 44

Der pKs-Wert ist der negative Logarithmus des Zahlenwerts der Säurekonstanten (=lg{KS}), er ist umso kleiner, je stärker die Säure ist.

Question 45

Wirkungsweise Idikatoren

Answer 45

Ein Säure-Base-Indikator ist eine schwache Säure (HIn), deren korrespondierende Base (In-) eine andere Farbe hat. Die Farbe der Indikatorlösung ist bestimmt durch das Mengenverhältnis von HIn und In-. Diese ändert sich mit dem pH-Wert.

Question 46

Umschlagbereich Indikatoren

Answer 46

Der Umschlagpunkt ist der pH-Wert, bei dem HIn und In- in gleicher Konzentration vorliegen, die Indikatorlösung besitzt dann die Mischfarbe, ihr pH-Wert entspricht dem pKs-Wert der Indikatorsäure. Der Anteil der Indikatorsäure HIn steigt mit sinkendem pH-Wert. Der Umschlagbereich, d.h. der pH-Bereich, in dem sich die Farbe sichtbar ändert, erstreckt sich über etwas zwei pH-Einheiten: pH = pKs +- 1

Question 47

Wirkung und Zusammensetzung Puffer

Answer 47

Puffern-sungen ändern ihren pH-Wert bei Zugabe kleiner Mengen von Säuren und Basen praktisch nicht. Sie enthalten eine schwache Säure und ihre korrespondierende Base, die zugesetzte OH(-)-bzw. H3O+-Ionen neutralisieren.

Question 48

Puffer-pH

Answer 48

Der pH-Wert des Puffers ist abhängig von pKs-Wert des Säure-Base-Paars und vom Mengenverhältnis von Puffer-Säure (HA) und Puffer-Base (A-). Sind die Konzentrationen der Säure und ihrer korrespondierenden Base gleich gross, ist der pH-Wert der Lösung gleich dem pKs-Wert der Säure: 
Ist c(A-) = c(HA), gilt: pKs = pH

Question 49

Pufferbereich

Answer 49

Der pH-Bereich, in dem ein korrespondierendes Säure-Base-Paar optimal puffert, liegt nahe beim pKs-Wert der Säure (pH= pKs +-1).
Die Pufferkapazität ist abhängig von der Konzentration des Puffers.
Ist der pH-Wert einer Lösung gleich dem pKs-Wert der Säure, sind die Konzentrationen der Säure und der korrespondierenden Base gleich gross.