Säure-Base-Reaktionen
Grundbegriffe:
- ein Protonenwechsel wird als Protolyse bezeichnet.
- Säuren sind Protonenspender (-donatoren)
- Basen sind Protonenempfänger (-akzeptoren)
Beispiel 1:
Chlorwasserstoff reagiert mit Wasser zu Salzsäure.
HCl + H2O -> Cl- + H3O+
Erläuterung:
Chlorwasserstoff (HCl) gibt ein Proton (H+) an das Wasser ab. Dadurch entstehen ein Chloridion (Cl-) und ein Oxoniumion (H3O+). Entstehen Oxoniumionen, so ist dies ein Kennzeichen für Säuren.
Beispiel 2:
Ammoniak reagiert mit Wasser zu Ammoniakhydroxid (Salmiakgeist).
NH3 + H2O -> NH4+ + OH-
Erläuterung:
Wasser (H2O) gibt ein Proton (H+) an das Ammoniak (NH3) ab. Dadurch entstehen ein NH4+-Ion und ein Hydroxidion (OH-). Entstehen Hydroxidionen, so ist dies ein Kennzeichen für Basen.
Autoprotolyse des Wassers
H2O + H2O -> H3O+ + OH-
Erläuterung:
Bei der Autoprotolyse des Wassers wirken einige Wassermoleküle als Protonenspender und andere als Protonenempfänger. Dadurch entstehen H3O+ und OH- Ionen. Es lässt sich somit auch die geringe Leitfähigkeit von destilliertem Wasser erläutern. Gering deshalb, da das Gleichgewicht dieser Reaktion sehr stark auf der linken Seite liegt.
Für die Gleichgewichtskonstante K dieser Reaktion ergibt sich folgende Gleichung:
allgemein:
K = [CProdukt1⋅ CProdukt2]/[CEdukt1⋅ CEdukt2]
für Autoprotolyse von H2O:
K = [CH3O+ ⋅ COH-]/[CH2O?CH2O] bzw.
K = [CH3O+ ⋅ COH-]/[CH2O]2
Da die Autoprotolyse nur in sehr geringem Maße stattfindet, wird nun die Konzentration des Wassers mit 100 Prozent bzw. (55 mol/l)2 in K eingerechnet. Man erhält so das Ionenprodukt des Wassers (Kw).
Kw = CH3O+ ⋅ COH-
Kw = 10-7 ⋅ 10-7 mol2/l2
pH-Wert
Um eine einfache Skala für den Säure bzw. Laugencharakter einer Lösung festzulegen gilt für den pH-Wert folgende Definition:
ph = -lgCH3O+
(negativer Zehnerlogarithmus der Konzentration der H3O+-Ionen)
Die Konzentration der H3O+-Ionen in Wasser beträgt 10-7. Der pH-Wert des Wassers berechnet sich also aus:
pH = -lg(10-7)
pH = 7
Der pH-Wert 7 (Wasser) wird als neutral bezeichnet. Eine steigende Konzentration der H3O+-Ionen hat einen sinkenden pH-Wert zur Folge. Die Lösung wird zunehmend sauer.
Umgekehrt hat eine sinkende Konzentration der H3O+-Ionen einen steigenden pH-Wert zur Folge und wird zunehmend basisch.
