Säuren und Basen: Theorien, Konzepte und Reaktionen
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Arrhenius-Theorie der Säuren und Basen
Nach der Theorie von Arrhenius sind Säuren und Basen nur in wässriger Lösung definiert:
- Säure: Jeder Stoff, der in wässriger Lösung unter Bildung von Wasserstoff-Ionen (H+) dissoziiert.
- Base: Jeder Stoff, der in wässriger Lösung unter Bildung von Hydroxyl-Ionen (OH-) dissoziiert.
Neutralisation nach Arrhenius
Die Neutralisation ist die vollständige Reaktion einer Säure und einer Base unter Bildung eines Salzes und Wassers.
HA + BOH → AB + H2O
Brønsted-Lowry-Theorie der Säuren und Basen
Nach der Theorie von Brønsted und Lowry, die die Konzepte von Säure und Base erweitert:
- Säure: Ist jede chemische Spezies (Molekül oder Ion), die fähig ist, ein H+-Ion an einen anderen Stoff abzugeben.
- Base: Ist jede chemische Spezies (Molekül oder Ion), die ein H+-Ion von einem anderen Stoff empfangen kann.
Neutralisation nach Brønsted-Lowry
Die Neutralisation ist die Übertragung eines H+-Ions (Protons) von einer Säure zu einer Base, wodurch eine konjugierte Base und eine konjugierte Säure entstehen.
HA + B → A- + BH+
Ionisierungsgrad
Der Ionisierungsgrad einer schwachen Säure oder Base ist das Verhältnis zwischen der Konzentration der ionisierten Säure oder Base und ihrer ursprünglichen Konzentration im Gleichgewicht.
Autoionisation des Wassers und Ionenprodukt
Wasser durchläuft einen Prozess der Autoionisation, bei dem ein Molekül als Säure und ein anderes als Base fungiert, wobei ein Proton von einem zum anderen übertragen wird, gemäß der Gleichgewichtsgleichung:
H2O + H2O ↔ H3O+ + OH-
Die Konstante Kw dieses Gleichgewichts wird als Ionenprodukt des Wassers bezeichnet und hat einen Wert von 1 · 10-14 bei 25 °C.
pH- und pOH-Wert
Der pH-Wert einer Lösung ist der negative Logarithmus der Konzentration von H3O+-Ionen.
Der pOH-Wert ist der negative Logarithmus der Konzentration von OH--Ionen.
pH + pOH = 14
Pufferlösungen
Pufferlösungen (auch als Regler- oder Puffersysteme bezeichnet) sind in der Lage, ihren pH-Wert nahezu konstant zu halten, selbst wenn sie verdünnt werden oder kleine Mengen an Säure oder Base hinzugefügt werden.
Hydrolyse von Salzen
Die Hydrolyse eines Salzes ist die Säure-Base-Reaktion, die Salzionen mit Wasser eingehen können.
- Salze aus starken Säuren und starken Basen: Es tritt keine Hydrolysereaktion auf, und die Lösung ist neutral (pH = 7).
- Salze aus starken Basen und schwachen Säuren: Die Hydrolyse ist basisch (pH > 7).
- Salze aus schwachen Basen und starken Säuren: Die Hydrolyse ist sauer (pH < 7).
- Salze aus schwachen Säuren und schwachen Basen: Es tritt sowohl alkalische als auch saure Hydrolyse auf. Der pH-Wert hängt von den jeweiligen Säure- und Basenkonstanten (Ka und Kb) ab. Wenn Ka > Kb, ist die Lösung sauer; wenn Kb > Ka, ist sie basisch; wenn Ka = Kb, ist sie neutral.
Säure-Base-Indikatoren
Ein Säure-Base-Indikator ist ein Stoff von schwach saurem oder basischem Charakter, der in Lösung die Eigenschaft besitzt, je nach pH-Wert der Lösung unterschiedliche Farben anzunehmen.
Säure-Base-Titration
Eine Säure-Base-Titration ist die Bestimmung der unbekannten Konzentration einer Säure in Lösung anhand der bekannten Konzentration einer Base oder umgekehrt, basierend auf der Neutralisationsreaktion.
Wird die Konzentration einer Säure bestimmt, spricht man von Acidimetrie; wird die Konzentration einer Base bestimmt, spricht man von Alkalimetrie.