Donator-Akzeptor-Prinzip

Anorganische Chemie für Ingenieure

Das Kapitel Donator-Akzeptor-Prinzip in unserem Online-Kurs Anorganische Chemie für Ingenieure besteht aus folgenden Inhalten:

1. Donator-Akzeptor-Prinzip

   Donator-Akzeptor-Prinzip

   

   Das Donator-Akzeptor-Prinzip besagt, dass in vielen chemischen Vorgängen ein Geben (Donator) und Nehmen (Akzeptor) stattfindet. Dabei spielen besonders zwei Arten von Reaktionen eine zentrale Rolle:1. Säure-Base-Reaktion,2. Redoxreaktionen.Beide Reaktionstypen sind repräsentativ für das Donator-Akzeptor-Prinzip und werden Ihnen im Rahmen dieses Kurses von uns näher gebracht. Die Säure-Base-Reaktion folgt im Anschluss an diesen Kurstext und die Redoxreaktion wird Ihnen ...

2. Säuren und Basen

   Donator-Akzeptor-Prinzip > Säuren und Basen

   

   Säuren und Basen begegnen uns immer wieder im Alltag. Gerade in Lebensmitteln wie Zitronen kann man die Säure sogar erschmecken. Fruchtsäuren sind aber nicht Gegenstand dieses Kurses. Uns interessieren Säuren und Basen auf molekularer und atomarer Ebene. Die Anfänge der Untersuchung von Säuren und BasenEiner der ersten Wissenschaftler, der sich mit Säuren und Basen intensiv beschäftigte, war Robert Boyle im 17. Jahrhundert. Er untersuchte das Verhalten ...

3. Protolyse, Protonenübergang

   Donator-Akzeptor-Prinzip > Säuren und Basen > Protolyse, Protonenübergang

   

   ... verfährt somit eindeutig nach dem Donator-Akzeptor-Prinzip. Übersicht von Säuren und BasenIn der ersten der beiden nachfolgenden Tabellen haben wir Ihnen die bekanntesten Säuren, inkl. Summenformel und Gegenion, aufgeführt:SummenformelGegenionSäurenbezeichnung$ HCl $$ Cl^{-} $Chlorwasserstoff (Salzsäure)$ HClO_3 $$ ClO_3^{-} $Chlorsäure$ HClO_2 $$ ClO_2^{-} $Chlorige Säure$ HF $$ F^{-}$Flusssäure$ H_2SO_4 $$ SO_4^{2-} $Schwefelsäure$ ...

4. Konjugiertes Säure-Base-Prinzip nach Brönsted und Lowry

   Donator-Akzeptor-Prinzip > Säuren und Basen > Konjugiertes Säure-Base-Prinzip nach Brönsted und Lowry

   

   Wie wir bisher erfahren haben, besteht die Protolyse aus einer Hin- und Rückreaktion. Hieraus lässt sich dann auch das konjugierte Säure-Base-Prinzip nach Brönsted und Lowry ableiten. Anhand eines einfachen Beispiels möchten wir Ihnen dies verdeutlichen:ReaktionsgleichungAus der obigen Abbildung können wir Folgendes ableiten:Die Säure $ HA $ gibt das Proton $ H $ in der Hinreaktion ab.Das Wasser $ H_2O $ dient als Lösungsmittel und zeitgleich als Base.Das ...

5. Mehrprotonige Säuren, Dissoziationsstufen

   Donator-Akzeptor-Prinzip > Mehrprotonige Säuren, Dissoziationsstufen

   

   In einem der vorangegangenen Kurstexte haben wir Ihnen eine Auswahl von Säuren und Basen in Tabellenform aufgeführt. Anhand dieser Tabelle möchten wir Ihnen nun den Unterschied zwischen  einprotonigen, zweiprotonigen und dreiprotonigen Säuren aufzeigen.Zur Erinnerung:SummenformelGegenionSäurenbezeichnung$ HCl $$ Cl^{-} $Chlorwasserstoff (Salzsäure)$ HClO_3 $$ ClO_3^{-} $Chlorsäure$ HClO_2 $$ ClO_2^{-} $Chlorige Säure$ HF $$ F^{-}$Flusssäure$ H_2SO_4 ...

6. Ampholyte

   Donator-Akzeptor-Prinzip > Ampholyte

   

   Ampholyte kennzeichnet, dass sie Verbindungen mit amphoteren Eigenschaften sind. Die Besonderheit dieser Verbindungen ist, dass Sie sowohl als Säure (Bronsted-Säure) als auch als Base (Bronsted-Base) reagieren. Im bisherigen Kursverlauf haben Sie bereits zwei Verbindungen mit diesen Eigenschaften kennengelernt: 1 Fall: Dissoziation einer Säure $ HA $ im Lösungsmittel Wasser $ H_2O $ - Hier reagiert Wasser als Base. Bei der Dissoziation einer Base $ B $ im Lösungsmittel ...

7. Autoprotolyse von Wasser

   Donator-Akzeptor-Prinzip > Ampholyte > Autoprotolyse von Wasser

   

   Wir haben ja bereits gelernt, dass Wasser als Ampholyt sowohl als Säure [Protonendonator] als auch als Base [Protonenakzeptor] reagieren kann. Bei der Autoprotolyse findet eine Säure-Base-Reaktion zwischen zwei gleichen Teilchen statt.Nun steht ja auch die Überlegung im Raum ob zwei Wasserteilchen miteinander reagieren können. Die nächste Abbildung gibt Ihnen hierzu Auskunft:Autoprotolyse des WassersJa es ist möglich. Unter zwei Wasserteilchen ist eine Protolyse ...

8. Ionenprodukt von Wasser

   Donator-Akzeptor-Prinzip > Ionenprodukt von Wasser

   

   Das Ionenprodukt des Wassers $ K_W $ leitet sich aus der Gleichgewichtskonstanten des Wassers $ K $ ab und wird zur Herleitung des pH-Wertes benötigt. Der Wert der Gleichgewichtskonstanten, so wissen wir bereits, gibt uns Auskunft über die Gleichgewichtslage einer Reaktion. Für das weitere Vorgehen benötigen wir das Massenwirkungsgesetz (MWG) für die Autoprotolyse von Wasser:Massenwirkungsquotient der Autoprotolyse von Wasser: $ K = \frac{[H_3O^+][OH^-]}{[H_2O]^2} $Die ...

9. pH-Wert, potentia hydrogenii

   Donator-Akzeptor-Prinzip > pH-Wert, potentia hydrogenii

   

   Der pH-Wert, lat. Potentia hydrogenii, gibt uns Auskunft über den Säuregrad eine Lösung.  Die Grundlage des pH-Werts ist das im vorherigen Kurstext besprochene Ionenprodukt von Wasser $ K_W $, welches sich aus den Gleichgewichtskonzentrationen der Oxoniumionen $ H_3O^+ $ und Hydroxidionen $ OH^- $ zusammensetzt. Da die Werte der Konzentrationen nur sehr schlecht handbar sind, vereinfacht man diese durch Verwendung des negativen dekadischen Logarithmus (log).Dekadischer LogarithmusDer ...

10. Neutralisation

    Donator-Akzeptor-Prinzip > Neutralisation

    

    Die Neutralisation bezweckt die Aufhebung des Überschusses an Hydroxidionen oder Oxoniumionen, das heißt der pH-Wert einer Lösung wird in den neutralen Bereich (pH = 7) überführt. Dabei entstehen Wasser und ein Salz. Anwendungsbeispiel:In unserem Beispiel liegt eine wässrige Lösung mit dem pH-Wert von 2 vor.  Über den pH-Wert wissen wir, dass er sich im sauren Bereich befindet. Daraus können wir schließen, dass die Oxoniumionenkonzentration ...

11. Massenwirkungsgesetz für Säuren- und Basenstärke

    Donator-Akzeptor-Prinzip > Massenwirkungsgesetz für Säuren- und Basenstärke

    

    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. Die Stärke einer Säure richtet sich in erster Linie nach dem Dissosiationsgleichgewicht der sauren wässrigen Lösung und seiner Position auf der Produktseite. Dabei sollten Sie sich merken:Schwache Säuren dissoziieren nur wenig zu ...

12. Säure-Base-Puffer

    Donator-Akzeptor-Prinzip > Säure-Base-Puffer

    

    Säure-Base-Puffer sind Lösungen, die den Einfluss von starken Säuren oder starken Laugen auf den pH-Wert reduzieren, anders als bei ungepufferten Systemen. Genauer gesagt:Säure-Base-Puffer puffern hinzugefügte Hydroxidionen und Oxoniumionen ab. Das erlaubt es den pH-Wert annähernd konstant zu halten. Die Bestandteile eines Puffersystems sind immer eine (schwache) Säure und ihre konjugierende Base. Einige der gängigsten Puffer sind Phosphatpuffer, Essigsäure-Acetat-Puffer ...

13. Säure-Base-Indikator

    Donator-Akzeptor-Prinzip > Säure-Base-Indikator

    

    Als Indikatoren sind chemische Verbindungen zu verstehen, deren Farbe je nach pH-Wert varriert. Es besteht also die Möglichkeit anhand der Verfärbung des Indikators auf den pH-Wert der  Verbindung zu schließen. Dabei besteht ein Säure-Base-Indikator aus einem konjugierenden Säure-Base-Paar. Dieses besteht aus einer schwachen organischen Säure  und deren konjugierten Base. Die Abkürzung für einen Säure-Base-Indikator ist $ HInd/Ind^- $.Hierzu ...

14. Säure-Base-Titration, Alkalimetrie, Acidimetrie

    Donator-Akzeptor-Prinzip > Säure-Base-Titration, Alkalimetrie, Acidimetrie

    

    Bei der Säure-Base-Titration handelt es sich um eine analytisches Verfahren, welches quantitative Aussagen zulässt und auf der Neutralisationsreaktion beruht. So kann eine saure Lösung, dessen Konzentration nicht bekannt ist, mit einer Lauge bekannter Konzentration titriert werden. Man nennt diese Messmethode auch Alkalimetrie. Diese Methode funktioniert so, dass über den Verbrauch der Lauge mit bekannter Konzentration die Konzentration der sauren Lösung berechnet wird. ...

15. Redox-Chemie

    Donator-Akzeptor-Prinzip > Redox-Chemie

    

    Die Redox-Chemie beruht auf dem Donator-Akzeptor-Prinzip. Diese Prinzip ist uns bereits bei der Säure-Base-Chemie begegnet. Jedoch steht in der Redox-Chemie das Elektron $ e^- $ im Fokus und nicht wie in der Säure-Base-Chemie das Proton $ H^+ $.Redoxprozesse beinhalten immer einen Elektronentransfer/-übergang. Der Begriff "Redox-Chemie" beinhaltet bereits im Namen die Abkürzung für die chemischen Vorgänge in diesem Bereich:  Reduktion und Oxidation. ...

16. Oxidation und Reduktion, Oxidations- und Reduktionsmittel

    Donator-Akzeptor-Prinzip > Redox-Chemie > Oxidation und Reduktion, Oxidations- und Reduktionsmittel

    

    Die Oxidation und die Reduktion beinhalten immer einen Elektronentransfer. Die Definition beider Begriffe erfolgt daher immer mit Hilfe des Elementarteilchens Elektron $ e^- $. ReduktionUnter der Reduktion versteht man die Aufnahme von Elektronen $ e^- $ bei gleichzeitiger Erniedrigung der Oxidationszahl $ \downarrow $. OxidationUnter der Oxidation versteht man hingegen die Abgabe von Elektronen $ e^- $ bei gleichzeitiger Erhöhung der Oxidationszahl $\uparrow $.Dabei sollten Sie ...

17. Oxidationszahlen

    Donator-Akzeptor-Prinzip > Redox-Chemie > Oxidationszahlen

    

    Eine Oxidationszahl ist eine Hilfsgröße, die lediglich eine formalen Charakter besitzt und daher nicht mit echten Ladungen zu verwechseln ist. Um eine Oxidationszahl herleiten zu können, müssen wir uns erneut an die Definition der Elektronegativität $ EN $ erinnern:Definition Elektronegativität: Bei der Elektronnegativität $ EN $ handelt es sich um ein relatives Maß, welches angibt wie stark Elemente dazu neigen Elektronen in einer Bindung an sich zu ziehen. Den ...

18. Redoxgleichungen

    Donator-Akzeptor-Prinzip > Redox-Chemie > Redoxgleichungen

    

    Redoxgleichung dienen zur Darstellung von Redoxprozessen und sind nichts anderes als die Reaktionsgleichungen für Redoxvorgänge. Wie in vorrangegangenen Reaktionen müssen auch die Gesetze der Erhaltung der Masse und der Erhaltung der Ladung beachtet und der pH-Wert berücksichtigt werden. Es existieren Redoxprozesse, die ausschließlich im sauren oder ausschließlich im basischen Milieu ablaufen können. Anwendungsbeispiel:Damit Sie einen optimalen Einstieg ...

19. Disproportionierung, Komproportionierung

    Donator-Akzeptor-Prinzip > Redox-Chemie > Disproportionierung, Komproportionierung

    

    Wie wir bereits wissen kann innerhalb eine Redoxreaktion ein Element oder eine Verbindung als Oxidations- und als Reduktionsmittel fungieren.DisproportionierungIm ersten Fall gehen die Atome von einer mittleren Oxidationsstufe in eine niedrigere Oxidationsstufe über und im zweiten Fall in eine höhere Oxidationstufe. Dabei werden die Atome selbst teilweise oxidiert und teilweise reduziert. Diesen gesamten Vorgang bezeichnet man als Disproportionierung oder als Dismutation. Zum besseren ...

20. Elektrochemie

    Donator-Akzeptor-Prinzip > Redox-Chemie > Elektrochemie

    

    Zum Ende dieses Kurses möchten wir uns nun der Elektrochemie zuwenden. Die Elektrochemie basiert auf technisch angewandten Redoxprozessen. Eingesetzt werden hierbei Redoxprozesse, die freiwillig ablaufen und keine äußere Energiezufuhr benötigen. Ein Prozess wie die Elektrolyse basiert zwar auch auf technisch genutzten Redoxvorgängen, benötigt aber Strom um funktionieren zu können. Ein chemischer Vorgang, der ohne Energiezufuhr abläuft ist das Rosten von ...

21. Galvanische Zelle

    Donator-Akzeptor-Prinzip > Redox-Chemie > Galvanische Zelle

    

    Zum Abschluss dieses Kurses möchten wir Ihnen im Rahmen der Elektrochemie die Funktionsweise der galvanischen Zelle, oder auch Daniell-Element genannt, näherbringen. Das Daniell-Element ist eine besondere Form der galvanischen Zelle.Die galvanische Zelle ist die einfachste Variante einer Batterie.Funktionsweise einer galvanischen ZelleWie in den vorangegangenen Kurstexten bereit behandelt wurde,  finden in galvanischen Zellen Redoxprozesse statt und mit geeigneten Messeinrichtungen ...