Säuren und Basen Säure-Base-Reaktionen Saure und alkalische Lösungen

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Säuren und BasenSäure-Base-Reaktionen

Saure und alkalische Lösungen

AKAD 107

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ICH BIN SAUER (chemisch)

• elektrisch leitfähig• färbt Indikatoren charakteristisch

(Universalindikator: rot)• stark sauer: ätzend • reagiert mit unedlen Metallen unter Bildung

von Wasserstoff Aluminium reagiert mit Salzsäure

• reagiert mit Kalk unter Bildung von CO2 Kalk reagiert mit Salzsäure

http://jazzroc.files.wordpress.com/2008/10/yoghurt.jpghttp://images.google.ch/imgres?imgurl=http://www.cricketbread.com/images/finished_sauerkraut.jpg&imgrefurl=http://cricketbread.com/blog/2007/08/08/making-sauerkraut/&usg=__ih_k2QtQKa8_Z3S9dyN3VuKDM6U=&h=432&w=324&sz=116&hl=de&start=14&tbnid=NrxoqaipD_b4SM:&tbnh=126&tbnw=95&prev=/images%3Fq%3DSauerkraut%26gbv%3D2%26hl%3Ddehttp://images.google.ch/imgres?imgurl=http://home.pfaffenhofen.de/ft/ogv/images/apfel.JPG&imgrefurl=http://home.pfaffenhofen.de/ft/ogv/apfel.html&usg=__teh96lwur5IneJopzKVeT5Ehkk4=&h=535&w=373&sz=36&hl=de&start=3&tbnid=yrCszwIZKkRPIM:&tbnh=132&tbnw=92&prev=/images%3Fq%3DApfel%26gbv%3D2%26hl%3Ddehttp://www.auerdult.de/printable/images/md2008konfituere_650.jpghttp://www.pizzacasa.ch/shop/images/wein.JPG

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Nicht sauer: ALKALISCH

• elektrisch leitfähig• färbt Indikatoren charakteristisch

(Universalindikator: blau-violett)• stark alkalisch: ätzend

http://www.internationalposter.com/pimages/SWL07930.jpghttp://www.duisburg.de/vv/53-5/medien/Wasserhahn.jpg

Berner Hahnenburger ist leicht alkalisch.Schuld daran sind die gelösten Mineralien.

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Weder sauer noch alkalisch:NEUTRAL

• färbt Indikatoren charakteristisch (Universalindikator: grün)

http://niesgrau-versand.de/ebay_artikel/mini-270809%20005.jpg

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Säuren: Molekülbau

Die folgenden Moleküle und Molekülionen können als Säure reagieren.

Welche Gemeinsamkeit haben alle Teilchen?

H2O, H2SO4 , HCl, H2S, NH4+, H2PO4

-

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Säuren: Molekülbau

Gemeinsamkeit: alle Teilchen besitzen mindestens ein gebundenes H-Atom.

H2O, H2SO4 , HCl, H2S, NH4+, H2PO4

-

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Säure-Base-Reaktion

PROTOLYSE = Protonenverschiebung

Ein H+ wird von der Säure abgegeben, die Base nimmt es auf.

Säure = ProtonenSpenderBase = ProtonenBinder

http://images.google.ch/imgres?imgurl=http://www.sprachhexen.com/teaching/lesson_tips/images/eselsbruecke.gif&imgrefurl=http://www.sprachhexen.com/teaching/lesson_tips/mnemonic/index.htm&usg=__DyqDg_fzWjLQaPA5LJJKRZDag1A=&h=237&w=230&sz=17&hl=de&start=1&tbnid=o3XcwrjoIDfmaM:&tbnh=109&tbnw=106&prev=/images%3Fq%3DEselsbr%25C3%25BCcke%26gbv%3D2%26hl%3Dde

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Säure-Base-Reaktionen

HX + B X- + HB+

S B k.B. k.S.

Säure korrespondierende Base + H+

Base + H+ korrespondierende Säure

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Wasser als Säure

Eine alkalische Lösung entsteht, wenn Wasser als Säure reagiert.

Wenn eine Base ein Proton von einem Wassermolekül aufnimmt, entsteht ein Hydroxid-Ion OH-.

ALKALISCHE LÖSUNGEN ENTHALTEN VIELE HYDROXID-IONEN OH-.

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Wasser als Base

Eine saure Lösung entsteht, wenn Wasser als Base reagiert.

Wenn eine Säure ein Proton an ein Wassermolekül abgibt, entsteht ein Oxonium-Ion H3O+.

SAURE LÖSUNGEN ENTHALTEN VIELE OXONIUM-IONEN H3O+.

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Molekülbau Säure und Base

Säure: H an stark polarer BindungBase: nichtbindendes Elektronenpaar

Welche der folgenden Teilchen können als Säure reagieren, welche als Base? (Tipp: Lewisformel zeichnen!)

HCl, H2O, NH3, Na, H-, HCOOH, CH4

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Molekülbau Säure und Base

Säure: H an stark polarer BindungBase: nichtbindendes Elektronenpaar

Welche der folgenden Teilchen können als Säure reagieren, welche als Base?

HCl, H2O, NH3, Na, H-, HCOOH, CH4

S S,B; S,B; ---; (B); S,B; ---

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Ein- und mehrprotonige Säuren

Wie viele Protonen können die folgenden Säuremoleküle abgeben?

H2O, H2SO4, HCOOH, H3PO4 ?

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Ein- und mehrprotonige Säuren

Wie viele Protonen können die folgenden Säuremoleküle abgeben?

H2O, H2SO4, HCOOH, H3PO4

2 2 1 3

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Säurestärke

Wovon hängt die Säurestärke ab?

1)Vergleiche die Stärken der Säuren NH3, HF und H2O und begründe die Abfolge.

2)Vergleiche die Stärken der Halogenwasserstoffsäuren und begründe die Abfolge.

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Säurestärke

Abhängigkeit der Säurestärke von

1) Polarität der X-H-Bindung (je stärker polar desto grösser die Säurestärke)

2) Bindungslänge der X-H-Bindung (je länger desto grösser die Säurestärke)

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Säure-Base-Reihe

Säure korr. Base + H+

Säurestärke:stark OBEN

Basenstärke:stark UNTEN

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Gleichgewichtslage bei Säure-Base-Reaktionen

Gleichgewicht liegt auf der Seite der schwächeren Säuren und Basen.

Säure-Base-Reihe lesen!Wenn Säure oben links mit Base unten rechts

reagiert, liegt das Gleichgewicht auf Produktseite.

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Gleichgewichtslage bei Säure-Base-Reaktionen

Reaktionsgleichungen und Gleichgewichtslage:

1) Essigsäure reagiert mit Ammoniak2) Ammoniak reagiert mit Wasser3) Wasser reagiert mit Wasser (kein Tippfehler)

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Gleichgewichtslage bei Säure-Base-Reaktionen

1) H3CCOOH + NH3 H3CCOO- + NH4+

Ggw rechts 2) NH3 + H2O OH- + NH4

+

Ggw links3) H2O + H2O OH- + H3O +

Ggw. links

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Autoprotolyse von Wasser

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Ionenprodukt von Wasser

Das Gleichgewicht der Autoprotolyse von Wasser

liegt so stark auf Eduktseite, dass die Wasserkonzentration als konstant angenommen wird und K vereinfacht wird:

)()()(

22

3

OHcOHcOHcK

)()( 3 OHcOHcKW

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Ionenprodukt von Wasser

Bei Raumtemperatur und Normaldruck gilt:

Die Konzentrationen der Oxonium- und Hydroxid-Ionen sind gleich gross, d.h. sie betragen

2214

3 10)()(L

molOHcOHcKW

LmolOHcOHc 7

3 10)()(

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Saure Lösung: c(H3O+) gross

gilt auch in saurer Lösung, die Konzentration der Oxonium-Ionen ist aber höher als in reinem Wasser. Damit ist zwingend gegeben, dass die Konzentration der Hydroxid-Ionen tiefer ist als in reinem Wasser.

2214

3 10)()(L

molOHcOHcKW

LmolOHc

LmolOHc

7

73

10)(

10)(

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Alkalische Lösung: c(OH-) gross

gilt auch in alkalischer Lösung, die Konzentration der Hydroxid-Ionen ist aber höher als in reinem Wasser. Damit ist zwingend gegeben, dass die Konzentration der Oxonium-Ionen tiefer ist als in reinem Wasser.

2214

3 10)()(L

molOHcOHcKW

LmolOHc

LmolOHc

7

73

10)(

10)(

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Konzentrationsmass: pH-Wert

Die Konzentrationen der Oxonium- und Hydroxid-Ionen in sauren, neutralen und alkalischen Lösungen sind relativ klein.

Kleine Zahlen sehen furchterregend aus… z.B. c=0.000000001 mol/L = 10-9 mol/L

Die einzige interessante Zahl daran: 9.

)OH(clogpH 310

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Konzentrationsmass: pH-Wert

Der Exponent ohne Vorzeichen ist der pH-Wert!

Mathematisch: Der pH-Wert ist der negative Logarithmus zur Basis 10 des Zahlenwerts der Oxoniumionenkonzentration.

pH [von pondus Hydrogenii, lat. Gewicht des Wasserstoffs oder von potentia Hydrogenii, lat. Kraft des Wasserstoffs]

)(log 310 OHcpHc=10-9 mol/L pH=9

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pH-Wert

Saure Lösungen:

pH<7

Alkalische Lösungen:

pH>7LmolOHc

LmolOHc

7

73

10)(

10)(

LmolOHc

LmolOHc

7

73

10)(

10)(

Neutrale Lösungen: pH=7

LmolOHcOHc 7

3 10)()(

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Saure und alkalische Lösungen

STOFFEBENE saure Lösung

alkalische Lösung

elektrische LeitfähigkeitUniversalindikator

Reaktion mit Kalk

Reaktion mit unedlem Metall

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pH-Werte: Aufgaben

a) Wie hoch ist der pH-Wert einer wässrigen Lösung von Wasserstoffchlorid („Salzsäure“) mit einer Konzentration c=0.01mol/L?

b) Warum beträgt der pH-Wert einer neutralen Lösung 7?

c) Berechne den pH-Wert und die Konzentration der Oxoniumionen einer Lösung mit c(OH-)=0.02 mol/L.

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pH-Werte: Aufgaben

a) pH=2b) Weil c(OH-)=c(H3O+) und c(OH-)c(H3O+)=10-14

c) c(H3O+)= 10-14/c(OH-)=5 10-13, pH=12.3

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Saure und alkalische Lösungen

STOFFEBENE saure Lösung

alkalische Lösung

elektrische LeitfähigkeitUniversalindikator

Reaktion mit Kalk

Reaktion mit unedlem Metall

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Saure und alkalische Lösungen

STOFFEBENE saure Lösung

alkalische Lösung

elektrische Leitfähigkeit

ja ja

Universalindikator rot blau / violettReaktion mit Kalk ja, Bildung

von CO2

nein

Reaktion mit unedlem Metall

ja, Bildung von H2

nein

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Saure und alkalische Lösungen

TEILCHENEBENE saure Lösung

alkalische Lösung

elektrische LeitfähigkeitpH

Konz. H3O+ (Oxonium)Konz. OH- (Hydroxid)

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Saure und alkalische Lösungen

TEILCHENEBENE saure Lösung

alkalische Lösung

elektrische Leitfähigkeit

enthält Ionen enthält Ionen

pH unter 7 über 7

Konz. H3O+ (Oxonium)

viel wenig

Konz. OH- (Hydroxid)

wenig viel