In diesem Kurstext behandeln wir das Massenwirkungsgesetz zur Bestimmung der Stärke von Säuren und Basen. Zudem möchten wir Ihnen in diesem Kurstext zeigen was es mit der Säuren- und Basenstärke generell auf sich hat.
Merke
- Schwache Säuren dissoziieren nur wenig zu ihren Ionen,
- Starke Säuren hingegen dissoziieren gänzlich zur ihren Ionen.
Die gleiche Reaktion lässt sich auch bei Basen beobachten.
Jedoch haben unterschiedliche Säuren mit gleicher Konzentration unterschiedliche pH-Werte. Die Ursache hierfür liegt in der unterschiedlichen Konzentration an Oxoniumionen. Darin liegt auch die Problematik der Vergleichbarkeit der Stärke von Säuren oder Basen gleicher Konzentration. Denn ein Vergleich müsste immer für Säuren gleicher Konzentration vorgenommen werden und ließe keine allgemeine Aussage zu.
Eine Lösung stellt die Verwendung des Massenwirkungsgesetzes (kurz MWG) auf die Protolyse-Gleichgewichte dar. Es ermöglicht eine allgemeingültige Beschreibung von Säure- und Basenstärken.
Anschauungsbeispiel:
Erneut betrachten wir den allgemeinen Fall, bei dem eine Säure $ HA $ protolysiert, so wie in der nächsten Reaktionsgleichung dargestellt:
Methode
$ HA + H_2O \rightleftharpoons H_3O^+ + A^- $
$ K = \frac{[H_3O^+] [A^-]}{[HA][H_2O]} $
Säurekonstante
Es lässt sich bei der obigen Reaktiongleichung davon ausgehen, dass beim Vorliegen einer verdünnten wässrigen Säure die Wasserkonzentration durch Einstellen des Gleichgewicht sich nur so wenig ändert, dass sie als konstant angesehen werden kann. Davon ausgehend wird das Wasser $ H_2O $ auf die Seite der Konstanten $ K $ überführt und beide bilden gemeinsam die Säurekonstante $ K_S $, wie in der nächsten Gleichung geschehen.
Merke
Methode
Basenkonstante
Wenn es eine Säurekonstante gibt, ist es auch sehr naheliegend, dass eine Basenkonstante existiert. Die Basenkonstante $ K_B $ nutzt man für die Bestimmung des Protolysegleichgewichts einer Base $ B $. Die Herleitung der Basenkonstante über das Protolysegleichgewicht der allgemeinen Base $ B $ führen wir nun auf:
Methode
$ B + H_2O \rightleftharpoons OH^- + BH^+ $
$ K = \frac{[OH^-][BH^+]}{[B][H_2O]} $
Wir werden nun erneut das Wasser $ H_2O $ auf die Seite der Konstanten $ K $ überführen und dadurch die Basenkonstante $ K_B $ herleiten.
Merke
Methode
Unabhängig davon ob es sich um eine Gleichung von $ K_S $ oder $ K_B $ handelt, sind alle vorliegenden Konzentrationen Gleichgewichtskonzentrationen. Die Einheit in der diese Konzentrationen bemessen werden sind $ \frac{mol}{L} $
Säureexponent und Basenexponent
Anders als man vermuten würde, werden die experimentell bestimmten $ K_S- $ Werte für Säuren und $ K_B-$ Werte für Basen in Tabellen nicht regulär angegeben, sondern als Säureexponenten $pK_S $ und Basenexponenten $pK_B $. Diese Werte sind analog zum bereits bekannten $ pH-$Wert.
Methode
Basenexponent: $ pK_B = - log (K_B) $ [je kleiner $ pK_B $ desto stärker die Base]
Tabellarische Übersicht von $ pK_S- $ und $pK_B-$Werten einiger konjugierter Säure-Base-Paare:
| Säuren | $ pK_S $ | Basen | $ pK_B $ |
| Perchlorsäure: $ HClO_4 $ | $ \approx - 9 $ | Perchlorat $ ClO_4^- $ | $ \approx 23 $ |
| Salzsäure: $ HCl $ | $ \approx - 3 $ | Chloridion: $ Cl^- $ | $ \approx 17 $ |
| Schwefelsäure: $ H_2SO_4 $ | $ \approx - 3 $ | Hydrogensulfat: $ HSO_4^- $ | $ \approx 17 $ |
| Oxoniumionen: $ H_3O^+ $ | $- 1,74$ | Wasser: $ H_2O $ | $ 15,74 $ |
| Salpetersäure: $ HNO_3 $ | $- 1,32$ | Nitrat: $ NO_3 $ | $15,32$ |
| Schweflige Säure $ H_2SO_3 $ | $ 1,96$ | Hydrogensulfit: $ HSO_3^- $ | $12,04$ |
| Phosphorsäure: $ H_3PO_4$ | $ 1,96$ | Dihydrogenphosphat: $ H_2PO_4^- $ | $12,04$ |
| Flusssäure: $ HF $ | $3,14$ | Fluoridion: $ F^- $ | $10,86$ |
| Kohlensäure: $ H_2CO_3 $ | $6,52$ | Hydrogencarbonat: $ HCO_3^- $ | $7,48$ |
| Schwefelwasserstoff: $ H_2S $ | $6,9$ | Hydrogensulfid: $ HS^-$ | $7,1$ |
| Wasser: $ H_2O $ | $15,74$ | Hydroxidion: $OH^- $ | $- 1,74$ |
Für konjugierte Säure-Base-Paare gilt: $ pK_S (HA) + pK_B (A^-) = 14 $. Ferner sollten Sie sich merken, dass die Stärke der Säuren von oben nach unten abnimmt. Bei der Basenstärke zeigt sich ein entgegengesetzter Verlauf.
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