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Starke und schwache Säuren

Salzsäure und Essig, beide 0,1 mol/L — und trotzdem trennt sie fast zwei pH-Stufen.

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Gleiche Konzentration, anderer pH

  • Frage:Zwei Säuren, gleiche Ausgangskonzentration \(c_0\) — haben sie denselben pH-Wert (3.2.2)?

Beide Säuren haben dieselbe Ausgangskonzentration c₀. Schiebe die Tipp-Marken auf deine pH-Vorhersage (ziehen oder Tab und ←/→) und löse dann mit „Prüfen“ auf. Mit „c₀ ÷ 10“ geht es in die nächste Runde.

Gleiche Konzentration — gleicher pH?

Halte fest: Salzsäure ist praktisch vollständig protolysiert (α ≈ 100 %), Essigsäure nur zu wenigen Prozent — deshalb liegt ihr pH-Wert trotz gleicher c₀ deutlich höher. Beim Verdünnen steigt α der schwachen Säure.

  • Starke Säuren:protolysieren in Wasser praktisch vollständig (pKs < 0): HCl, HBr, HNO₃, HClO₄, H₂SO₄ (1. Stufe).
  • Schwache Säuren:nur ein kleiner Teil der Moleküle gibt ein Proton ab (pKs etwa 4 bis 10): CH₃COOH, HCN, NH₄⁺.
Merke

Protolysegrad: \(\alpha = \dfrac{c(\ce{A-})}{c_0(\ce{HA})}\)  (oft in %)

  • Stark:\(\alpha \approx 100\,\%\), also \(c(\ce{H3O+}) \approx c_0\).
  • Schwach:\(\alpha \ll 100\,\%\), also \(c(\ce{H3O+}) \ll c_0\) — die Lösung enthält vor allem HA-Moleküle.
  • Nivellierung:In Wasser ist \(\ce{H3O+}\) die stärkste beständige Säure — alle starken Säuren wirken dort gleich stark.
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Protolysegrad und Verdünnung

Herleitung:

\(K_\mathrm{S} = \dfrac{c(\ce{H3O+}) \cdot c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})}\)
einsetzen
Säurekonstante (3.2.3)
\(K_\mathrm{S} = \dfrac{\alpha c_0 \cdot \alpha c_0}{(1 - \alpha)\, c_0}\)
kürzen
\(c(\ce{H3O+}) = c(\ce{A-}) = \alpha c_0\), \(c(\ce{HA}) = (1-\alpha)\, c_0\)
\(K_\mathrm{S} = \dfrac{\alpha^2 \cdot c_0}{1 - \alpha}\)
Ergebnis
gilt für jede einprotonige Säure
Merke

Ostwald’sches Verdünnungsgesetz: \(K_\mathrm{S} = \dfrac{\alpha^2 \cdot c_0}{1 - \alpha}\)

  • Verdünnen:\(c_0\) sinkt, \(K_\mathrm{S}\) bleibt — also muss \(\alpha\) steigen. Anschaulich: Das Gleichgewicht weicht zur Seite mit mehr gelösten Teilchen aus (Le Chatelier).
  • Leitfähigkeit:Bei gleicher \(c_0\) leitet die starke Säure viel besser — sie enthält mehr Ionen.
  • Mit Magnesium:Die starke Säure reagiert heftiger; die Menge an Wasserstoff ist am Ende aber gleich, denn die schwache Säure protolysiert nach.
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Allgemeine Hinweise

Stark heißt nicht konzentriert

Stärke ist eine Stoffeigenschaft (pKs), Konzentration eine Mengenangabe. Verdünnte Salzsäure bleibt eine starke Säure, konzentrierte Essigsäure eine schwache.

α ist keine Konstante

Der Protolysegrad hängt von c₀ ab und wächst beim Verdünnen. Konstant ist nur Ks — für Vergleiche von Säuren daher pKs nehmen, nicht α.

Gleich viel Lauge

Zum Neutralisieren gleicher Stoffmengen braucht man bei starker und schwacher Säure gleich viel Natronlauge: Die HA-Moleküle geben ihre Protonen nach und nach ab.

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