Wie erkenne ich schwache/Starke Säuren?
Hallo liebe Leute, das Semester hat bald ein Ende und ich bin fleißig dabei, Chemie zu büffeln.
Was ich allerdings immer noch nicht verstanden habe ist, wie ich schwache bzw starke Säuren erkenne! In der Vorlesung haben wir schwache Säuren/Basen so definiert: "Schwache Basen dissoziieren unvollständig"!
Ich weiß, was Dissoziation ist und kann auch die verschiedenen Dissoziationsstufen/-gleichungen aufstellen.
Aber was bedeutet denn nun genau "unvollständig dissoziiert" ? Aus meinen Skript und dem Internet bin ich bis jetzt nicht schlau geworden..
Ich bedanke mich schon im Voraus für (hoffentlich) hilfreiche Antworten!
6 Antworten
Das ist doch ganz simpel! Steck' einfach den Finger rein, is er noch dran, war die Säure jetzt nicht soo stark, ist er verätzt, war sie doch ziemlich stark - und ist nur noch der Knochen übrig, war sie sehr stark. ;-)
Im Ernst! In welcher "Baumschule" lernst Du Chemie?
Die Säurewirkung entsteht nicht durch das (undissoziierte) Säuremolekül, sondern durch freie H+ bzw. in wässriger Lösung durch H3O+-Ionen.
Eine starke Säure nun ist praktisch vollständig dissoziiert, pro Säuremolekül ist also ein H3O+-Ion und ein Säureanion entstanden.
Bei der Kohlensäure hingegen liegt fast die gesamte Ausgangskonzentration c0 in Form von CO2 bzw. dem undissoziierten H2CO3-Molekül vor, die selbst keine Säurewirkung besitzen. Von einer 0,1-Molaren Kohlensäure würden nur Millionstel Mol H3O+ entstehen, was dann einem nur sehr schwach sauren pH-Wert entsprechen würde.
Wieviele Mol H3O+ Du aus 1 Mol einer freien Säure bekommst, darüber entscheidet die von der Massenwirkungskonstante abgeleitete Säurekonstante Ks bzw. der Protolysegrad.
Wenn Du also bei Deiner Phosphorsäure eine Protolysestufe formal hinschreibst, dann sagt diese Reaktionsgleichung ja noch nichts darüber aus, wo das Gleichgewicht dieser Reaktion liegt, kann sein, fast ganz links, dann passiert fast gar nichts, kann sein, fast ganz rechts, dann läuft die Dissoziation fast zur Gänze ab. Ohne Kenntnis von Ks sagt die Reaktionsgleichung also noch nichts über den Grad der Protolyse aus, diese beiden Grössen sind strikt auseinanderzuhalten, die RG beschreibt die Reaktion lediglich qualitativ, Ks gibt hingegen quantitativ an, wie vollständig die Dissoziation verläuft - und damit, wie stark die Säure ist!
Was soll denn daran wieder nicht stimmen? Ks geht quantitativ und unmittelbar in die Säurestärke und den Grad der Dissoziation ein. Und ich habe doch nirgendwo behauptet, dass es die einzige Einflussgrösse wäre, wiewohl aber für hinreichend verdünnte Säuren die entscheidende.
Wenn Du mir also so kommst, dann darf ich Dich darauf hinweisen, dass dann Deine Formulierung "Funktion der Konzentration" in gleicher Weise "falsch" wäre, da Dir ja klar sein sollte, dass wir in Richtung hoher Säurekonzentrationen dann eigentlich mit Aktivitäten rechnen müssten, und andererseits bei zunehmend schwachen Säuren stets ein gekoppeltes Protolysegleichgewicht vorliegt, in das - genau genommen - auch der Beitrag der [H3O+]-Ionen aus der Autoprotolyse und somit KW einzugehen hätte, welcher dann ebenfalls nicht länger vernachlässigt werden dürfte. Und gerne darfst Du dann das resultierende Gleichungssytem näherungsweise numerisch lösen!
Ks geht quantitativ und unmittelbar in die Säurestärke und den Grad der Dissoziation ein
So formuliert hätte ich auch kaum etwas einzuwenden. Deine Aussage oben war aber, dass der KS angibt, wie vollständig die Dissoziation verläuft. Und den Dissoziationsgrad kann man eben aus dem KS allein nicht ableiten (ich hatte in meiner Antwort das Bsp. Essigsäure genannt: die kann, in Abhängigkeit von der Konzentration, vernachlässigbar oder aber auch praktisch vollständig dissoziieren - der KS-Wert allein gibt darüber noch keine Auskunft).
Bsp. Essigsäure genannt: die kann, in Abhängigkeit von der Konzentration, vernachlässigbar oder aber auch praktisch vollständig dissoziieren -
Solche "Spitzfindigkeiten" helfen hier doch niemandem weiter, insbesondere nicht dem Fragesteller, der sich schon mit den Grundlagen schwer tut.
Eine 10^-8M HAc gehört - in wässriger Lösung - sowieso ins "Reich der Homöopathie", liefert sie doch selbst bei vollständiger Dissoziation keinerlei nennenswerten Beitrag zur "Säurestärke", die hier einzig von der Autoprotolyse des Wassers dominiert wird.
Würden wir uns als Kenngrösse ausschliesslich an Ks orientieren, womit ich formal übrigens durchaus leben könnte, so hätte man jedoch den gleichen scheinbaren Widerspruch sofort durch die Hintertür wieder "im Haus", denn dann wäre eine 10^-8M HCl ob ihres unvermindert hohen Ks-Wertes per definitionem plötzlich eine sehr starke Säure. Einfach lächerlich!
Das tatsächliche Mass für die reale Säurestärke ist und bleibt eben der pH-Wert! Um aber zu begründen und herzuleiten bzw. auch Vorhersagen treffen zu können, welche Säuren - unter der Annahme nennenswerter, vergleichbarer Konzentrationen - nun welchen (sozusagen "substanzspezifischen") Beitrag zur realen Säurestärke und damit zum Erreichen eines bestimmten pH-Wertes liefern werden, sind Betrachtungen sowie ein tieferes Verständnis über deren stark unterschiedliches Dissoziationsverhalten, quantifiziert durch den jeweiligen Protolysegrad, einfach unerlässlich. Selbst dann, wenn dieser keine absolute Stoffkonstante darstellt, sondern unbestritten seinerseits eine deutliche Konzentrationsabhängigkeit aufweist.
Im Ernst! In welcher "Baumschule" lernst Du Chemie? Die Säurewirkung entsteht nicht durch das (undissoziierte) Säuremolekül, sondern durch freie H+ bzw. in wässriger Lösung durch H3O+-Ionen.
Bin ich blind? Wo hat er/sie denn in der Frage etwas anderes behauptet?
Ich denke, Du hast beim Zitieren den Zusammenhang verfälscht.
Die "Baumschule" bezog sich wohl auf den vorangegangenen, wie ich vermute "satirischen" Abschnitt, der hinterfragte, wie es möglich ist, dass in einer Europäischen Schule offenbar nicht vermittelt wird, wie sich starke von schwachen Säuren ganz real in ihrer H+-Konzentration unterscheiden.
Denn genau das ist ja die zentrale Definition des pH-Wertes. Wie sollen Schüler diese Definition sozusagen "im Schlaf" beherrschen, wenn nicht vermittelt wird, welche Säuren unter welchen Umständen welche aktuellen H+-Konzentrationen zu liefern imstande sind, wie sie jedes Schnipsel Universalindikatorpapier in der Praxis dann hunderfach anzeigt.
Ich kann hier nicht für "Centurio42" sprechen, aber wir mussten seinerzeit den Unterschied zwischen etwa einer Salz- und einer Essigsäure in der Säurestärke schon mit 13, im ersten Halbjahr Chemieunterricht kennen - und das wurde vorher auch völlig unmissverständlich über das Reaktionsgleichgewicht erklärt.
Wie sollte man sonst etwa - ohne elementares Verständnis der Dissoziation - die Autoprotolyse des Wassers und den aus pKW=14 resultierenden pH-Wert reinen Wassers von 7 vermitteln können?
Danke, "Helferle1n", Du hast das völlig richtig verstanden - und mir damit eine Antwort erspart, die ich nicht besser formulieren hätte können. LG
Erst einmal danke für eure rege Beteiligung an meiner Frage :P Ich bin übrigens eine "sie" und hab mittlerweile festgestellt, dass, was Helferle1n im letzten Abschnitt angesprochen hat, das grötße Problem ist.
Ich studiere Oecotrophologie und da wird "nur" ein Basiswissen an Chemie von uns gefordert, solche Zusammenhänge wie ihr sie hier aufgezeigt habt, sind uns bis jetz nicht vermittelt worden bzw vllt auch einfach nicht mir verständlich aufgezeigt worden. Denn auch, dass der pH-Wert von Wasser gleich 7 ist, weiß ich zwar, habe aber keine Ahnung warum..Aber das ist jetzt ein anderes Thema, das werd ich mir auch nochmal genauer angucken.
Aber ich denke, dass ich so langsam zu einer Lösung meines Problems gelange und bin sehr dankbar für eure Antworten!
Das klingt, als wäre Dir schon der Wortbegriff "Dissoziation" unklar. Jedes Wörterbuch kann hier helfen, der Begriff kommt aus dem Lateinischen und steht für "Trennung" bzw. "Zerfall", in unserem Fall von (ganzen H2O-) Molekülen zu Ionen.
Reines Wasser besteht bekanntlich aus höhermolekularen Assoziaten oder Clustern von H2O-Molekülen. Alles Wasser? Nein! Wie beim berühmten "Gallischen Dorf" von Asterix gibt es auch hier einige wenige "widerspenstige Abweichler".
Denn auch Wasser selbst kann "zerfallen", in diesem Fall das Molekül zu Ionen, nach folgender RG:
H2O + H2O <--> H3O+ + OH-
Ja, wie denn? Zerfällt jetzt plötzlich das ganze Wasser? Es gibt doch Seen und Flüsse?
Die RG gibt nur das Muster des Zerfalls an. Und wie jede Chemische Reaktion unterliegt sie dem Massenwirkungsgesetz, ohne dessen Verständnis in der Chemie nun mal gar nichts läuft. Der Gleichung ist also eine MW-Konstante zugeordnet, nach dem bekannten Schema "Produkte der Konzentrationen der Rechtsstoffe gebrochen durch Produkte der Konzentrationen der Linksstoffe". (Die Konz. von H2O als Lösungsmittel im gigantischen Überschuss wird nun als konstant in die MW-Konstante miteinbezogen und man erhält so daraus die spezielle "Säurekonstante" "Ks").
Diese Säurekonstante für Wasser beträgt nun 10^-14 Mol²/l² und somit erhalten wir die Konz. von [H3O+] alleine als Quadratwurzel daraus, entsprechend 10^-7 Mol/l !
In 1 Liter reinem Wasser (unter Normalbedingungen) gibt es also ganz von selbst (sog. Autoprotolyse) ein zehnmillionstel Mol an [H3O+]-Ionen, Wasser ist demnach selbst eine äusserst schwache Säure und hat daher einen pH-Wert von 7! (als negativen dekadischen Logarithmus von c-H3O+, also von 10^-7).
Das sollte doch einiges erklären.
Die Einteilung in starke/schwache, ggf. noch mittelstarke Säuren nach dem Dissoziationsgrad ist gängig, birgt jedoch das Problem, dass dieser auch von der Konzentration abhängig ist. In einer 0,1 mol/l Lösung ist z. B. Essigsäure zu ca. 1 % dissoziiert, in einer 10^-5 mol/l Lösung aber schon etwa zur Hälfte und in einer 10^-8 mol/l Lösung ist Essigsäure praktisch vollständig dissoziiert. Eine Einteilung nach dem pKS-Wert ist m. E. daher günstiger.
Also, wenn du eine Starke Säure hast, z.B. H2SO4, dann dissoziieren fast alle Moleküle. Eine schwache Säure hat jedoch nicht die "KRaft" dazu vollständig zu dissozieren. Das heißt, dass ein großteil der Moleküle gar kein Proton abspaltet.
Die Stärke einer Säure erkennst du an der Säure selbst gar nicht. Dafür gibt es Tabellenwerke, in denen die sog. pKs-Werte (aka Säurestärke oder Säurekonstante) gelistet sind. Für die allermeisten Säuren wirst du den jeweiligen pKs-Wert auch bei Wikipedia finden.
Hinter dem pKs-Wert steckt das Protolysegleichgewicht:
Angenommen wir haben die Säure HA bestehend aus dem Proton H+ und dem Anion A-. Geben wir diese Säure nun in Wasser erhalten wir folgende Protolysereaktion:
HA + H2O <--> H3O+ + A-
Die Reaktion läuft aber eben nicht nur in eine Richtung, sondern auch wieder zurück. Das nennt man ein chemisches Gleichgewicht. Das ist mit (unvollständiger) Dissoziation gemeint: Der Zerfall in H(3O)+ und A-. Je stärker die Säure, desto "vollständiger" dissoziiert sie d.h. desto mehr liegt sie in der Form H(3O)+ + A- vor. Schwache Säuren liegen entsprechend mehr undissoziiert als HA vor.
Die Gleichgewichtskonstante dieser Protolyse nennt man nun Ks-Wert. Diese ist definiert als:
Ks = Konzentrationen der Produkte (also c(H3O+) * c(A-)) geteilt durch Konzentrationen der Edukte (also c(HA)). Je größer der Ks-Wert, umso stärker die Säure dissoziiert (denn dann steigen die Konzentrationen im Nenner).
Der pKs-Wert ist nun der negative dekadische Logarithmus des Ks-Wertes, also - lg (Ks). Je kleiner der pKs-Wert, desto stärker die Säure. Der pKs-Wert kann dabei durchaus auch negativ werden.
(denn dann steigen die Konzentrationen im Nenner).
...im Zähler wolltest Du sicher sagen, denn der Nenner des Bruches beträfe ja die Edukte. LG
Ja, das wollte ich sicherlich sagen :D Passiert mir dauernd...
Schreib mal eine Säure + Wasser Reaktion auf. Beliebig. Fällt dir was auf? Was für einen Reaktionspfeil hast du benutzt? Am besten einen reversiblen.
Der gehört da hin, weil die Dissoziation des H⁺ reversibel (umkehrbar) ist.
HCl + H₂O <---> H₃O⁺ + Cl⁻
Bei einer starken Säure, wie der gezeigten Salzsäure, liegt dieses Gleichgewicht stark auf der rechten Seite, so gut wie alle gelösten Chlorwasserstoffe geben ihr Proton ab und werden zum Chlorid. Nur ein kleiner Teil reagiert immer wieder mal zum Chlorwasserstoff zurück.
Bei einer schwachen Säure ist es umgekehrt.
Leider bin ich nicht so schlau und kann die Zahlen tiefstellen, ich hoffe du verstehst das jetzt auch so!
Nehmen wir mal das Beispiel H2Po4- + H2O <-> H3O+ +HPo4 2-
H2Po4- ist eine schwache Säure, weil nicht alle Protonen abgegeben wurden? Bedeutet das dann, dass nur unvollständig dissoziiert wurde?
Sorry, wenn das jetzt totaler Quatsch von mir ist, ich bin echt das Gegenteil von nem Chemie-Brain... :(
Ach Manno, das war wirklich falsch :( Du sagtest ja, dass das bei schwachen Säuren genau umgekehrt ist...Kannst du vielleicht einfach nur mal den Begriff "unvollstänidg dissoziiert" erklären? Vielleicht hab ich nur einen total doofen Denkfehler und es ist alles gar nicht so schwierig, wie ich gerade denke...?!
Dissoziiert = hat ein Proton abgegeben. Vollständig dissoziiert = alle (oder fast alle) Moleküle haben ein Proton abgegeben. Unvollständig dissoziiert = nur ein Teil hat ein Proton abgegeben.
Deine Gleichung ist übrigens richtig, aber deine Schlussfolgerung nicht so ganz. Die Säure nennt man nicht etwa schwach, weil im HPO4 -2 (das O gehört gross, das ist kein Polonium! :P) noch ein Wasserstoff vorhanden ist, sondern weil nur ein Teil der H2PO4- diese Reaktion macht.
Mhh okay, ich glaube das habe ich soweit verstanden..Werde mir das jetzt an einigen Beispielen nochmal anschauen.
Danke an euch beide! :)
Zahlen und Symbole hoch- und tiefzustellen hat nicht viel mit Schläue zu tun ;)
In etwas komplexeren Fällen wie H₂PO₄⁻ bediene ich mich hier per copy&paste:
http://de.wikipedia.org/wiki/Unicodeblock_Hoch-_und_tiefgestellte_Zeichen
Bei einfachen Fällen wie H2O oder CO2 lasse ich es meistens aber einfach so.
Genau das stimmt eben nicht. Der Grad der Dissoziation ist auch eine Funktion der Konzentration der Säure.