Schwache Säuren
Warum sind Säuren schwach oder stark?
Jede Säure reagiert mit Wasser. Wenn sie ein Proton verliert, gibt sie dieses Proton an Wasser ab. Wasser wirkt als Base, wenn es das Proton auflöst. Die konjugierte Säure ist protoniertes Wasser und wird als (H3O)+, (H5O2)+, (H2nOn)+ oder einfach als H+(aq) dargestellt. Die konjugierte Base ist die Säure minus ihr Proton.
Eine starke Säure ist in Wasser vollständig dissoziiert, während eine schwache Säure mit ihrer konjugierten Base in Wasser im Gleichgewicht ist. Betrachten wir die Reaktion einer starken Säure, Salpetersäure oder HNO3, und einer schwächeren Säure, salpetrige Säure oder HNO2, in Wasser.
Salpetersäure ist eine stärkere Säure als salpetrige Säure, weil ihre konjugierte Base stabiler ist. Das NO3–Ion hat eine überschüssige negative Ladung, die sich auf 3 Sauerstoffatome verteilt, während die überschüssige negative Ladung in NO2- auf 2 Sauerstoffatome verteilt ist.
Eine konjugierte Base ist stabiler, wenn sich die negative Ladung auf einem elektronegativen Element befindet und wenn die Ladung auf mehrere Atome verteilt ist. Je stabiler die konjugierte Base ist, desto stärker ist die Säure. Eine stabile konjugierte Base ist nicht sehr basisch. Eine sehr starke Säure hat eine sehr schwache konjugierte Base und eine sehr schwache Säure hat eine sehr starke konjugierte Base.
Schwaches Säuregleichgewicht
Salpetrige Säure befindet sich im Gleichgewicht mit einem Proton und ihrer konjugierten Base, NO2-. Da die Wasserkonzentration konstant ist, können wir eine Konstante definieren, die dem Produkt aus der Wasserkonzentration und der Gleichgewichtskonstante entspricht. Diese Konstante, die Ka, beträgt 10-3,29 für HNO2.
Wir können die Ka verwenden, um den pH-Wert einer salpetrigen Säurelösung zu bestimmen. Bestimmen wir zum Beispiel den pH-Wert einer Lösung aus 0,01 mol HNO2 in 1,0 l Wasser.
Ein Teil der Säure wird in H+ und NO2- dissoziieren, aber wir wissen nicht, w=wie viel. Wir nennen die molare Konzentration der gelösten Protonen x, also = x. Das bedeutet, dass die Konzentration von NO2- ebenfalls x sein muss, weil sie sich durch die Dissoziation der Säure in gleichen Mengen bilden. Die Konzentration
Es ist immer möglich, x mit Hilfe der quadratischen Gleichung zu lösen, aber in den meisten Fällen können wir sie mit einer Näherung lösen. Wenn wir annehmen, dass das Ausmaß der Dissoziation gering ist, dann ändert sich die Gleichgewichtskonzentration der Säure nicht sehr stark von ihrer ursprünglichen Konzentration. Wir können dann die ursprüngliche Säurekonzentration in den Ka-Ausdruck einsetzen.
Die Näherung ist in diesem Fall gut, weil wir mit ihr den gleichen pH-Wert erhalten wie mit der quadratischen Gleichung.
Reaktion zwischen schwachen Säuren und starken Basen
Starke Basen reagieren vollständig mit schwachen Basen und bilden die konjugierte Base der schwachen Säure. Dann stellt sich ein Gleichgewicht zwischen der schwachen Säure und ihrer konjugierten Base in Wasser ein.
Betrachten wir zum Beispiel die Lösung, die durch Mischen von 0,010 mol HNO2 und 0,004 mol NaOH in 1,0 l Wasser entsteht. Auch hier können wir eine Näherung verwenden, um dieses Problem zu lösen. Die Näherung ist gültig, weil das Ausmaß der Dissoziation klein sein wird, wenn bereits ein Produkt vorhanden ist.
Schwache Säuren und starke Säuren
Die Säuredissoziationskonstanten einer Auswahl von Säuren sind in den Tabellen aufgeführt. In der Tabelle sind die pKa-Werte aufgeführt.
Die sehr starken Säuren, die in Wasser vollständig dissoziieren, werden unterschieden, indem ihr Säuredissoziationsgleichgewicht in nichtwässrigen Lösungsmitteln untersucht und der pKa-Wert für Wasser geschätzt wird. Die Gleichgewichtskonstanten für die schwächeren Säuren (pKa >0) werden aus pH-Messungen von Lösungen bestimmt.
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