Protolysegleichung?
Kann mir jemand diese Aufgabe erklären? Ich hasse meinen Chemielehrer xD
Danke schon man im Voraus!
2 Antworten
Moin,
also: Du musst drei Dinge unterscheiden. Erstens: Wenn du Salze in Wasser auflöst, kommt es zu einer Dissoziation. Das heißt, dass sich im Wasser die Ionen (Kationen und Anionen) des Salzes voneinander lösen und mit einer Wasserhülle (Hydrathülle) umgeben.
Zweitens: Wenn es zu einer Säure-Base-Reaktion (im brönsted-lowryschen Sinne) kommt, dann spaltet das Säureteilchen (mindestens) ein Proton (H^+-Ion) ab und überträgt es auf ein anderes Teilchen (das im brönsted-lowryschen Sinne als Base fungiert). Die Abspaltung UND Übetragung eines Protons wird als Protolyse bezeichnet.
Und schließlich drittens: Nach Brönsted & Lowry ist eine Säure ein Teilchen, das in der Lage ist, ein Proton abzuspalten (Protonendonator). Eine Base ist ein Teilchen, das ein Proton aufnehmen kann (Protonenakzeptor). Nun gibt es Teilchen, die beides können. Sie haben einerseits ein gebundenes, aber als Proton abspaltbares Wasserstoffatom und sie können andererseits ein Proton aufnehmen. Solche Teilchen werden Amphotere (in Lösung auch Ampholyte) genannt. Sie können also sowohl als Säure als auch als Base reagieren. Wie sie reagieren, hängt dabei ganz vom Reaktionspartner ab.
Bezogen auf deine Aufgabe exerzieren wir das mal am ersten Beispiel durch:
1) Na2HPO4 (di-Natriumhydrogenphosphat)
a) Die Summenformel (Verhältnisformel) ist Na2HPO4
Wenn du das Salz in Wasser gibst, dissoziiert es (zerfällt es) in seine Ionen. Die Ionengleichung dazu sieht so aus:
Na2HPO4 ---> 2 Na^+ + HPO4^2–
Die Reaktionsgleichung wäre:
Na2HPO4 (s) --[H2O]--> 2 Na^+ (aq) + HPO4^2– (aq)
c) Die Bezeichnungen der Ionen bis hier wären
Na^+ : Natrium-Kation
HPO4^2– : Hydrogenphosphat-Anion
Eigentlich reagiert das Hydrogenphosphat-Anion in Wasser neutral (Hydrogenphosphat-Salze sind Neutralsalze). Aber in deiner Aufgabe steht, dass dieses Anion alkalisch reagieren soll. Das geht, weil es zweifach negativ geladen ist und somit prinzipiell Protonen (H^+-Ionen) aufnehmen kann. Die Säurestärke von Wasser reicht allerdings im Grunde nicht aus, um das Hydrogenphosphat-Anion zu protonieren (deshalb reagiert ja eine Hydrogenphosphat-Lösung neutral!). Aber wenn du etwas Säure in deine Salzlösung gibst, entstehen Oxoniumionen (H3O^+). Und die sind als Säure stark genug, um das Hydrogenphosphat-Anion zu protonieren. Demnach musst du folgende Reaktionsgleichungen aufstellen:
1. Die Protolyse der Säure in Wasser, zum Beispiel
HCl (g) + H2O (l) ---> H3O^+ (aq) + Cl^– (aq)
Hydrogenchlorid und Wasser reagieren zu Oxoniumionen und Chloridionen
2. Die Dissoziation des Natriumhydrogenphosphats in Wasser
Na2HPO4 (s) --[H2O]--> 2 Na^+ (aq) + HPO4^2– (aq)
3. Die alkalische Reaktion des Hydrogenphosphats
HPO4^2– (aq) + H3O^+ (aq) ---> H2PO4^– (aq) + H2O (l)
Nur der Vollständigkeit halber: Wenn die Säure vom ersten Schritt sehr stark ist und die Menge an Oxoniumionen sehr groß wird, kann es passieren, dass auch das H2PO4^– noch einmal protoniert wird. Das sähe dann so aus:
4. H2PO4^– (aq) + H3O^+ (aq) ---> H3PO4 (l) + H2O
Doch danach war ja nicht gefragt.
c) Die Bezeichnungen aller hier vorkommenden Ionen lauten:
H3O^+ : Oxoniumion (früher Hydroniumion)
Cl^– : Chlorid-Anion
Na^+ : Natriumkation
HPO4^2– : Hydrogenphosphat
H2PO4^– : Dihydrogenphosphat
b) Die Valenzstrichformel kann ich in diesem Textverarbeitungsprogramm nicht darstellen. Aber google mal nach einer Abbildung von Phosphorsäure und ersetze in der Darstellung zwei der drei "H"s durch "Na^+" (wobei du um die betroffenen "O"s drei Striche anordnen und das "O" selbst mit einem Minuszeichen versehen musst). Dann hast du die Valenzstrichformel von "Na2HPO4". Und wenn du dann noch die beiden "Na^+" weglässt, dann hast du eine Darstellung vom Hydrogenphosphat-Anions (HPO4^2–) erstellt. Lässt du vom Bild der Phosphorsäure nur ein "H" einer "OH–"-Gruppe weg und malst um das betroffene "O" drei Striche und setzt ein Minuszeichen an das "O", dann hast du eine Darstellung vom Dihydrogenphosphat-Anion (H2PO4^–) hinbekommen.
Das war jetzt viel Text, weil ich versucht habe, die nicht nur die Lösung der Aufgabe zu übermitteln, sondern auch eine Erklärung für die Vorgänge mitzuliefern.
Deshalb mache ich dir das zweite Beispiel noch einmal vor, um dir zu zeigen, dass es auch schneller geht, wenn du nur die Lösung (ohne Erklärung) hinschreibst:
2a)
Dissoziation von Natriumdihydrogenphosphat
Ionengleichung:
NaH2PO4 ---> Na^+ + H2PO4^–
Reaktionsgleichung:
NaH2PO4 (s) --[H2o]--> Na^+ (aq) + H2PO4^– (aq)
Protolyse von Dihydrogenphosphat
H2PO4^– (aq) + H2O ---> HPO4^2– (aq) + H3O^+ (aq)
2b)
Valenzstrichformeln siehe Aufgabe 1...
2c)
Ionenbezeichnungen siehe Aufgabe 1...
Aufgabe 3 ist tückisch, weil hier wieder zwei chemische Besondeheiten wichtig werden. Deshalb kurz (aber an den zwei entscheidenden Stellen mit erklärenden Hinweisen):
3a)
Dissoziation von Natriumhydrogencarbonat
Ionengleichung:
NaHCO3 ---> Na^+ + HCO3^–
Reaktionsgleichung:
NaHCO3 (s) --[H2O]--> Na^+ (aq) + HCO3^– (aq)
Das Hydrogencarbonat-Anion ist eigentlich die neutral reagierende Stufe; wenn es laut Aufgabe alkalisch reagieren soll (also ein Proton aufnehmen soll), brauchst du wie in Aufgabe 1 die Zugabe einer Säure... Dann geht es so weiter:
HCO3^– (aq) + H3O^+ (aq) ---> H2CO3 (l) + H2O (l)
Und nun kommt die Tücke: In der letzten Gleichung entsteht aus dem Hydrogencarbonat-Anion ("HCO3^–") Kohlensäure ("H2CO3"). Kohlensäure ist aber ein instabiles Molekül (laut der Erlenmeyer-Regel sind Moleküle, in denen zwei OH-Gruppen an ein und demselben Kohlenstoffatom gebunden sind instabil und spalten Wasser ab). Kohlensäure zerfällt folglich sofort in Kohlenstoffdioxid und Wasser:
Folgereaktion:
H2CO3 (l) ---> CO2 (g) + H2O (l)
Aus diesem Grunde sieht deine Reaktionsgleichung zur alkalischen Reaktion des Hydrogencarbonats folgendermaßen aus:
HCO3^– (aq) + H3O^+ (aq) ---> 2 H2O (l) + CO2 (g)
Wie gesagt, das ist etwas tückisch von deinem verhassten Lehrer...
3b)
Die Valenzstrichformeln kann ich hier wieder nicht darstellen. Google nach "Kohlensäure" [Bilder] und ersetze wie oben die "H"s...
3c)
HCO3^– : Hydrogencarbonat
alle anderen Ionen siehe oben...
So, den Rest versuche jetzt mal alleine. Sollten noch Fragen oder Probleme auftreten, schreib sie in einen Kommentar. Ich werde dann gegebenenfalls darauf reagieren...
LG von der Waterkant
Eine Lösung von Hydrogenphosphat reagiert schon eher alkalisch (in erster Näherung pH=0,5*(pKS2+pKS3)
Moin,
1) Du schreibst den Stoff in Ionen-Schreibweise:
Na₂HPO₄ => 2 Na⁺ + HPO₄ ²⁻
2) Du schaust nach, ob du eines der beiden Ionen in der "Säure-Stärke-Tabelle" deiner Formelsammlung wiederfindest. Solltest du einmal zwei Ionen finden, nimm das mit dem kleinere pK-Wert. In diesem Fall findest du HPO₄ ²⁻. (Na⁺ findest du nicht)
3)
Reagiert alkalisch bedeutet: Nimmt H⁺ auf.
Reagiert sauer bedeutet: Gibt H⁺ ab.
4)
Da das HPO₄ ²⁻ theoretisch beides kann, schreibe ich dir mal beide Gleichungen auf. Du sollst hier aber nur "alkalisch" machen.
Alkalisch: HPO₄ ²⁻ => PO₄ ³⁻ + H⁺
Sauer: HPO₄ ²⁻ + H⁺ => H₂PO₄⁻
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Das war jetzt die Protolysegleichung in der Summenformel. Die Namen musst du in deiner Formelsammlung oder bei Google suchen, wenn du sie nicht kennst.
Die Strukturformeln kannst du auch googlen. Allgemein gilt hier i.d.R., dass das Nicht-Metall-Atom des Anions zentral steht und dass die Sauerstoffe sich darum herum sortieren, sodass die Oktettregel erfüllt ist. Aber bevor ich mir hier den Mund vollsabbel, kannst du die Strukturformeln auch genauso schnell googeln.
LG
MCX
Habs Verstanden, Danke! :)