Was ist die Säurekonstante, die Säurestärke und der pKs-Wert?
Ich verstehe den Zusammenhang zwischen Säurekonstante, Säurestärke und pKs- Wert nicht so ganz. Ich habe es so verstanden das die Säurestärke angibt wie ausgeprägt die Fähigkeit einer Säure ist bei einer Protolyse ein Proton an einen Reaktionspartner abzugeben. Und das der pKs- Wert dies verdeutlicht (?). Außerdem habe ich gesehen das Propan einen pKs-Wert von 51 hat, jetzt Frage ich mich wie das sein kann weil es doch keine Säure ist?
4 Antworten
Erstmal brauchst Du ein passendes Verständnis von Säuren und Basen, für diesen Fall passt Brønsted.
Säure: Protonendonator, also Stoff, der H+ abgeben kann
Base: Protonenakzeptor, also Stoff, der H+ aufnehmen kann
Erste Erkenntnis: Propan könnte theoretisch ein H abgeben und sich somit sauer verhalten.
Der Ks-Wert, auch Säurekonstante genannt, leitet sich aus dem Löslichkeitsgleichgewicht ab und berechnet sich etwa folgend:
Ks = c(Säurerest)/c(Säure)
Zweite Erkenntnis: Je größer der Ks-Wert, desto mehr Moleküle verhalten sich tatsächlich sauer.
Da der Ks-Wert oftmal sehr klein und unhandlich ist, haben die Chemiker den pKs-Wert eingeführt. Er berechnet sich folgend:
pKs = -lg(Ks)
lg steht dabei für den Logarithmus zur Basis 10.
Dritte Erkenntnis: Je niedriger der pKs-Wert, desto stärker die Säure. Die Säurestärke ist nur ein ungenaues Konzept zur Einordnung von Säuren.
Beispiel Propan:
Propan hat einen pKs-Wert von 51. Das heißt, dass nur jedes 10^51. Molekül Propan tatsächlich sauer reagiert und es damit eine vernachlässigbar schwache Säure ist.
Der KS-Wert der Säure HA berechnet sich so: KS = c(H+) * c(A-) / c(HA). Der pKS-Wert ist der negative dekadische Logarithmus des KS-Wertes. Vergleicht man zwei Säuren dann wird (bei gleicher Anfangskonzentration) die Säure mit dem größeren KS-Wert (dem kleineren pKS-Wert) zu einem größeren Teil dissoziiert vorliegen. Diese Säure gilt dann als die stärkere der beiden.
Der sehr große pKS-Wert von 51 bedeutet, dass Propan praktisch gar nicht als Säure reagiert.
Eine Säure ist ein Zeug, das H⁺ auf ein anderes Molekül überträgt. Je nachdem, wie leicht und gerne sie das tut, nennt man sie eine „starke“ oder eine „schwache“ Säure.
HCl ist z.B. eine starke Säure. Fast jedes Molekül, das ihr vor die Augen kommt, bekommt ein H⁺ aufgedrückt, z.B.
HCl + NH₃ ⟶ Cl⁻ + NH₄⁺
In dieser Reaktion fungiert NH₃ als Base, weil es das H⁺ aufnimmt. Starke Säuren sind nicht wählerisch und zwingen viele Reaktionspartner in die Rolle der Base.
Andere Säuren, z.B. Blausäure HCN, sind so schwach, daß sie ihr H⁺ nur den allerwilligsten Basen andrehen können. HCN ist so schwach, daß es selbst die relativ willige Base NH₃ nicht vollständig protonieren kann, nur ein Teil der HCN-Moleküle schafft es, sein H⁺ loszuwerden und dem NH₃ anzudrehen.
Um Quantitativ sagen zu können, wie stark eine Säure ist, gibt es die Säurekonstante Kₐ bzw. den pKₐ=−lg(Kₐ). Da die Kₐ-Werte sehr klein oder sehr groß werden können, ist es meist bequemer, den pKₐ-Wert zu verwenden; das Umrechnen ist ja nicht schwierig.
Für HCl ist Kₐ≈10⁶ und daher pKₐ≈−6. Alle Säuren mit einem Kₐ≫1 heißen stark, und der genau Zahlenwert spielt in wäßriger Lösung keine Rolle und kann auch nicht genau gemessen werden. Eine einmolare Lösung hat pH≈0.
HCN ist dagegen schwach (Kₐ=6.2·10⁻¹⁰, pKₐ=9.21), und eine einmolare Lösung hat nur pH=4.6.
Säure mit pKₐ≫14 sind so schwach, daß sie in Wasser überhaupt nicht sauer reagieren; ihre Lösungen sind also neutral (pH=7). In anderen Lösungsmitteln kann das anders sein, und daher ist es nicht unvernünftig, ihre pKₐ-Werte trotzdem zu tabellieren. Gesättigte Kohlenwasserstoffe wie Propan sind so gut wie die schwächsten Säuren weit und breit, und ihre pKₐ-Werte liegen um 50; daher braucht es extrem exotische Bedingungen, ihnen ein H⁺ zu entreißen.
Dazwischen gibt es aber ein weites Feld. So hat z.B. Aceton einen pKₐ von 19.2, und das bedeutet zwar, daß es in wäßriger Lösung überhaupt nicht als Säure reagiert, aber für einen gewissen Typ organischer Reaktionen (nucleophile Additionen an CO-Gruppen) ist es genug, daß die Reaktion abläuft.
Muss zugeben, dass ich die fachlich genauen Definitionen nicht kenne. Daher werde ich dir die Frage nicht genau beantworten können und erkläre dir vielleicht notwendiges Wissen um das ganze besser zu verstehen.
Die Säurekonstante, oder Dissoziationskonstante im Fallbeispiel "Protolyse von Säuren", kommt von der sog. Gleichgewichtskonstante K.
Vom Themenbereich sind wir hier in der chemischen Thermodynamik. Die Säurekonstante gibt in ihren Wert die Position des Gleichgewichtes an, inwiefern die Protolyse einer Säure eher auf der Edukt- oder Produktseite liegt.
Dabei gibt es die folgenden Orientierungen:
K > 1: Gleichgewicht liegt auf der Produktseite, d.h. die Dissoziation ist bevorzugt.
K = 1: Gleichgewicht auf keinen Seiten, 50:50-Verteilung.
K < 1: Gleichgewicht liegt auf der Eduktseite, d.h. möglichst geringe Dissoziation.
Weiterhin gibt es den Begriff der Säurestärke. Wenn man die Säuren vergleichen möchte, wie stark sie dissoziieren, dann vergleicht man die Säurestärke miteinander. Und ganz wichtig: Jede Base ist potentiell auch eine Säure! Jedoch gilt, je stärker eine Säure, umso schwächer seine Eigenschaft als Base zu fungieren. Gilt analog auch andersherum.
Der pKs-Wert von 51 verdeutlicht nur, dass es sich um eine sehr schwache Säure handelt und daher auch einen sehr niedrigen pKB-Wert haben wird, also eine umso bessere Base sein wird.
Also hat jeder Stoff einen pKs-Wert auch wenn es keine Säure ist?