Der pKs-Wert - Sauren und Basen

Säuren und Basen

Der pK_s-Wert

Wir können mit Hilfe des pH-Wertes die Stärke von Säuren und Basen bestimmen und verwenden.

Nun wäre es vielleicht noch interessant zu wissen wo die Konzentrationen der Ionen in einer Säure bzw. Base liegen wenn ein chemisches Gleichgewicht herrscht.

Aber erst eine kleine Wiederholung.

Eine Säure entsteht wenn wir ein Elektrolyten in diesem Fall ein "Nichtmetallgas" in Wasser lösen. Nehmen wir die Salzsäure als Beispiel. Die Dissoziation ( oder besser gesagt die Protolyse ) lautet dann folgendermaßen:

Man sieht wie sich das Chlor vom Wasserstoffatom trennt (dissoziert). Dieses Wasserstoffatom verbindet sich mit einem Wassermolekül und bildet ein Kation. In diesem Fall heißt dieses Kation Oxonium. Doch Oxonium ist extrem instabil und verbindet sich in schon beschriebener Weise (siehe pH -Refrat) mit mehreren Wassermolekülen zu einem

Hydroxoniumion ( H₉O₄⁺). Das übriggebliebene Chloratom wird wegen dem Elektronenüberschuß zum Chloridanion.

Soweit zur elektrolytischen Dissoziation ( Protolyse ).

Doch nun zum eigentlichen Thema, zum pk_s-Wert.

Wie man schon aus der Abkürzung erkennen kann wird durch diesen Wert die "Kraft des k_s-Wertes ausgedrückt.

Der k_s - Wert beschreibt das Verhältnis der bei der elektrolytischen Dissoziation entstandenen Ionenkonzentration zur Konzentration der Elektrolytmoleküle.

Ich nannte am Anfang das chemische Gleichgewicht als einen interessanten Wert.

Das chemische Gleichgewicht ist das Verhältnis der Ausgangsstoffe und der Produkte einer Protolyse.

Der k_s-Wert gibt also das chemische Gleichgewicht in einer Säure an, denn das "s" steht für Säure. Natürlich gibt es den gleichen Wert auch bei Basen, hier lautet dieser Wert k_b. In diesem Fall steht das "b" für Base.

Nun kam man das Verhältnis der Produkte zu den Ausgangsstoffen auch mathematisch ausdrücken.

Bei der Säure steht das "HA", bei der Base das "B", für den Elektrolyt.

Die Buchstaben sind eckig eingeklammert. Dies bedeutet, daß es sich um die Konzentration des Stoffes in mol/l handelt.

Der Wert der bei dieser Rechnung entsteht ist bei jeder einzelnen Säure ( Base ) konstant, deshalb wird der k_s(b)  -Wert auch Säurekonstante ( Basenkonstante ) genannt.

Dies ist im Prinzip die Aussage des Massenwirkungsgesetz, kurz MWG, daß schon 1867 von den Norwegern Cato Maximilian Guldberg und Peter Waage aufgestellt wurde.

Eigentlich könnte man die Konzentration der Wassermoleküle aus der Formel herausnehmen, denn diese Konzentration ist eine konstante die man K_w nennt.

Der K_w-Wert von reinem aqua destillata bei 22°C erechnet sich folgendermaßen.

Man konnte ja meinen in reinem aqua destillata würden keine Protolyse stattfinden und somit auch keine Ionen aber durch die sogenannte Autoprotolyse ( = von selbst geschehene Protolyse, siehe auch pH -Referat ! ) bilden sich aus 2 H₂O -Molekülen ein H₃O^- und ein OH^- -Ion. Der Kw- Wert ist in basischen, neutralen und Säuren Lösungen natürlich auch gleich aber die Konzentration c der Ionen ist nicht die selbe. Um anzugeben ob eine Lösung basisch, neutral oder sauer ist genügt es die Konzentration c der H₃O⁺ -Kationen anzugeben, denn die

OH^- -Konzentration ergibt sich wenn man den K_w -Wert durch die H₃O^--Konzentration dividiert.

Demnach gilt:

Man nennt den K_w -Wert manchmal auch das Ionenprodukt des Wasser. Diese Bezeichnung ist informativer als einfach nur K_w doch diese Bezeichnung hat sich durchgesetzt.

Wir könnten die Formel für den pK_s(b) -Wert eigentlich verkürzen indem wir den K_s(b) -Wert

direkt mit dem K_w -Wert verrechnen. Doch dies ist meiner Meinung nach verwirrend und so würde ich diese 4 Sekunden Schreibarbeit in Kauf nehmen. Und vor allem schwankt der eigentlich konstante K_w -Wert durch äußere Einflüsse wie Temperatur und Druck in einem nicht zu unterschätzenden Maße.

Doch nun wieder zurück zum pK -Wert.

Der pK -Wert ist fast genau wie beim pH -Wert der negative dekadische Logarithmus der Gleichgewichtskonstante K_s(b) einer Protolyse.

Der pKs und der pK_b -Wert einer Säure und der konjugierten Base stehen logischerweise in einem allgemeinen Verhältnis. Dieses Verhältnis lautet:

Das ist natürlich auch auf den normalen K_s(b) -Wert anwendbar:

Wie man sieht ergibt die Multiplikation von Ks und Kb einen konstanten Wert der dem Ionenprodukt des Wassers entspricht.

Dieses Verhältnis der beiden Konstanten wird auf der nächsten Seite am Beispiel der Essigsäure verdeutlicht.

Ich benutze hier der Einfachheit halber den K -Wert mit dem inbegriffen K_w-Wert.

Säure:

CH₃COOH+H₂O H₃O⁺_(aq)+CH₃COO^-_(aq)

Ks = [H₃O⁺] x [CH₃COO^-]

[CH3COOH]

Base:

CH₃COO^-+H₂O OH^-+CH₃COOH

K_b = [OH^-] x [CH₃COOH]

[CH₃COO^-]

K_s x K_b = [H₃O⁺] x [CH₃COO^-]x [OH^-] x [CH₃COOH] = [H₃O⁺] x [OH^-] [CH3COOH] x [CH₃COO^-]

Wie man sieht wird bei der Gleichsetzung gekürzt bis nur noch [H3O⁺] und [OH^-] übrig bleibt. An diesem Beispiel wird die Allgemeingültigkeit dieser Formel deutlich.

Um die Stärke einer Säure (Base) zu verbal zu formulieren sagt man:

Hier ist eine Auswahl von pK - Werten verschiedener Säuren-Base Paaren.

In der Tabelle erkennt man daß, das H₃O⁺ -Ion (die konjugierte Säure zu Wasser) mit einem pKs von 24 die stärkste Säure ist, die in wäßrigen Lösungen existieren  kann.

Bei dieser Gelegenheit möchte ich kurz auf eine weitere Gesetzmäßigkeit hinweisen.

Bei der rechten Spalte haben wir eine nach unten abnehmende Säurenstärke. In der Mitte haben wird jedoch eine nach unten zunehmende Basenstärke.

Demnach ist bei einer schwachen Säure die konjugierende Base stark und bei einer schwachen Base ist die konjugierende Säure stark.

Man kann auch sagen:

Es gibt zwar noch viele interessante Werte wie zum Beispiel der Protolysengrad a oder die Geschwindigkeit einer Protolyse und die bei einer Protolyse entstandenen Energiemengen.

Doch erst einmal soweit zum pKs -Wert.   

Quellenangabe

-Allgemeine Chemie: Theorie und Praxis

Günter Baars / Hans Rudolf Christen

Diesterweg-Sauerländer Verlag

Schulbibliothek (entleihbar)

-Mentor Lernhilfe Chemie : Allgemeine und anorganische Chemie Band 1 Basiswissen

Heribert Krampf

Mentor Verlag München

Schulbibliothek (entleihbar)

-Mentor Lernhilfe Chemie : Allgemeine und anorganische Chemie Band 2 Aufbauwissen

Heribert Krampf

Mentor Verlag München

Schulbibliothek (entleihbar)

-Lehrbuch der anorganischen Chemie

Nils Wilberg

Arnold F. Holbuch

de Guyter-Verlag

Schulbibliothek (entleihbar)

-Lexikon der Biochemie und Molekularbiologie

Manfred Eigen

Herder Verlag

Schulbibliothek (nicht entleihbar)

-Römpp Lexikon: Biotechnologie

Rolf D.Schmid

Wolfgang E.Trommer

Thieme-Verlag

Schulbibliothek (nicht entleihbar)

-Römpp Lexikon: Chemie

Jürgen Falks

Manfred Regitz

Thieme-Verlag

Schulbibliothek (nicht entleihbar)

-Brockhaus: Naturwissenschaften und Technik

Brockhaus-Verlag

Schulbibliothek (nicht entleihbar)

-Chemie

Hans Rudolf Christen

Diesterweg/Salle-Sauerländer Verlag

Schulbibliothek (entleihbar)

-dtv Atlas zur Chemie Band 1 und Band 2

Allgemeine und anorganische Chemie

Hans Breuer

Deutscher-Taschenbuch-Verlag

Schulbibliothek (nicht entleihbar)