Säure-Base-Gleichgewichte: Grundlagen und Berechnungen
Dieser Leitfaden bietet eine umfassende Übersicht über Säure-Base-Gleichgewichte nach der Brønsted-Theorie. Er erklärt grundlegende Konzepte, Reaktionen und Berechnungsmethoden.
Definition: Nach Brønsted ist eine Säure ein Protonendonator und eine Base ein Protonenakzeptor.
Eine Säure-Base-Reaktion wird auch als Protolyse bezeichnet. Dabei überträgt eine Säure ein Proton auf eine Base. Manche Substanzen können je nach Reaktionspartner als Säure oder Base fungieren. Diese nennt man Ampholyte.
Beispiel: Wassermoleküle (H₂O) und Hydrogensulfationen (HSO₄⁻) sind Beispiele für amphotere Teilchen.
Das Ionenprodukt des Wassers (Kw) ist eine wichtige Konstante in der Säure-Base-Chemie. Es entsteht durch die Autoprolyse von Wasser:
H₂O + H₂O → H₃O⁺ + OH⁻
Highlight: Das Ionenprodukt des Wassers beträgt bei 25°C: Kw = c(H₃O⁺) · c(OH⁻) = 10⁻¹⁴ mol²/l²
Der pH-Wert und der pOH-Wert sind logarithmische Maße für die Konzentration von Hydronium- bzw. Hydroxidionen:
pH = -log(c(H₃O⁺))
pOH = -log(c(OH⁻))
Vocabulary: pKs und pKb sind die negativen dekadischen Logarithmen der Säure- bzw. Basenkonstanten. Je kleiner der pKs-Wert, desto stärker die Säure.
Für die pH-Wert-Berechnung wässriger Lösungen gelten unterschiedliche Formeln je nach Stärke der Säure oder Base:
- Sehr starke Säuren: pH = -log(c(HA))
- Schwache Säuren: pH = ½(pKs - log(c(HA)))
- Sehr starke Basen: pOH = -log(c(A⁻))
- Schwache Basen: pOH = ½(pKb - log(c(A⁻)))
Example: Bei einer schwachen Säure mit c(HA) = 0,1 mol/l und pKs = 4,7 berechnet sich der pH-Wert wie folgt:
pH = ½(4,7 - log(0,1)) = 2,85
Die Säure-Base-Titration ist eine wichtige analytische Methode zur Bestimmung der Konzentration von Säuren oder Basen. Der Äquivalenzpunkt entspricht dem Wendepunkt der Titrationskurve und tritt ein, wenn die Stoffmenge der zugegebenen Base gleich der Stoffmenge der zu titrierenden Säure ist.
Quote: "Äquivalenzpunkt entspricht dem Wendepunkt der Titrationskurve, wenn gilt: n(OH⁻) = n(H₃O⁺) bzw. c(OH⁻) · V(alkalische Lösung) = c(H₃O⁺) · V(saure Lösung)"
Der Umschlagbereich eines Indikators liegt im Bereich von pH = pKs(HInd) ± 1, wobei HInd die protonierte Form des Indikators darstellt.
