Mehrwertige Säuren und Basen: Grundlagen und Eigenschaften
Die Merkmale chemisches Gleichgewicht zeigen sich besonders deutlich bei mehrwertigen Säuren und Basen, deren Wertigkeit durch die Anzahl der abgebbaren oder aufnehmbaren Protonen bestimmt wird. Ein klassisches Beispiel ist die Phosphorsäure (H₃PO₄), die als dreiwertige Säure in drei Stufen Protonen abgeben kann.
Definition: Mehrwertige Säuren können mehrere Protonen abgeben, während mehrwertige Basen mehrere Protonen aufnehmen können. Die Protolyse erfolgt dabei stufenweise mit unterschiedlichen Säurekonstanten.
Die Beeinflussung chemisches Gleichgewicht durch Konzentration lässt sich am Beispiel der Phosphorsäure gut nachvollziehen. Die drei Protolysestufen zeigen abnehmende Säurekonstanten (pKs-Werte): pKs₁ = 2,12, pKs₂ = 7,20, pKs₃ = 12,36. Diese Abstufung hat zwei wesentliche Gründe: Zum einen nimmt die negative Ladung des Ions mit jeder Protolysestufe zu, was die weitere Protonenabgabe erschwert. Zum anderen wirken die bereits gebildeten H₃O⁺-Ionen der weiteren Protolyse entgegen.
Bei zweiwertigen Säuren wie Schwefelsäure (H₂SO₄) verläuft die erste Protolysestufe praktisch vollständig, während die zweite Stufe ein Gleichgewicht ausbildet. Die Beeinflussung des chemischen Gleichgewichts zeigt sich auch bei zweiwertigen Basen wie Carbonat (CO₃²⁻), die schrittweise Protonen aufnehmen.
Beispiel: Die Schwefelsäure dissoziiert in zwei Stufen:
- H₂SO₄ + H₂O → HSO₄⁻ + H₃O⁺ (vollständig)
- HSO₄⁻ + H₂O ⇌ SO₄²⁻ + H₃O⁺ (Gleichgewicht)