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Säure- und Basenkonstante

Essigsäure oder Blausäure — welche gibt ihr Proton bereitwilliger ab, und wie liest man das an einer Zahl ab?

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Die Säurekonstante

Das Protolysegleichgewicht einer Säure mit Wasser zeigt, wie bereitwillig sie ihr Proton abgibt.

  • Protolyse:\(\ce{HA + H2O <=> A- + H3O+}\)
  • \(K_S\):Gleichgewichtskonstante dieser Protolyse (ohne \(\ce{H2O}\)), Einheit \(\mathrm{mol\,L^{-1}}\).
  • \(\mathrm{p}K_S\):\(\mathrm{p}K_S = -\lg K_S\) — wie beim pH-Wert nur mit dem Zahlenwert.
  • Säurestärke:großes \(K_S\) = kleiner \(\mathrm{p}K_S\) = Gleichgewicht weit rechts = stärkere Säure.
  • Beispiel:Essigsäure: \(K_S = 1{,}8\cdot 10^{-5}\ \mathrm{mol\,L^{-1}}\), \(\mathrm{p}K_S = 4{,}75\).

Herleitung:

\(K_c = \dfrac{c(\ce{A-})\cdot c(\ce{H3O+})}{c(\ce{HA})\cdot c(\ce{H2O})}\)
MWG
Massenwirkungsgesetz für die Protolyse.
\(K_c\cdot c(\ce{H2O}) = \dfrac{c(\ce{A-})\cdot c(\ce{H3O+})}{c(\ce{HA})}\)
\(|\;\cdot\,c(\ce{H2O})\)
In verdünnter Lösung ist \(c(\ce{H2O}) \approx 55{,}5\ \mathrm{mol\,L^{-1}}\) konstant und steckt nun in der Konstanten.
\(K_S = \dfrac{c(\ce{H3O+})\cdot c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})}\)
Ergebnis
Die Säurekonstante hängt nur von der Säure und der Temperatur ab.
Merke

Säurekonstante: \(K_S = \dfrac{c(\ce{H3O+})\cdot c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})}\), \(\mathrm{p}K_S = -\lg K_S\) — je kleiner \(\mathrm{p}K_S\), desto stärker die Säure.

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Basenkonstante und Paare

Für Basen gilt dasselbe — mit Hydroxid-Ionen statt Oxonium-Ionen.

  • Protolyse:\(\ce{B + H2O <=> HB+ + OH-}\), z. B. \(\ce{NH3 + H2O <=> NH4+ + OH-}\)
  • \(K_B\):\(K_B = \dfrac{c(\ce{HB+})\cdot c(\ce{OH-})}{c(\ce{B})}\), \(\mathrm{p}K_B = -\lg K_B\); Ammoniak: \(\mathrm{p}K_B = 4{,}75\).
  • Paar:Für ein korrespondierendes Säure-Base-Paar gilt \(K_S\cdot K_B = K_W\), also \(\mathrm{p}K_S + \mathrm{p}K_B = 14\) (25 °C).
  • Folge:Je stärker die Säure, desto schwächer ihre korrespondierende Base: \(\ce{HCl}\) (\(\mathrm{p}K_S = -6\)) → \(\ce{Cl-}\) (\(\mathrm{p}K_B = 20\)).
  • Säure-Base-Reihe:Tabelle, in der die Säuren nach \(\mathrm{p}K_S\) geordnet sind — daneben jeweils die korrespondierende Base mit \(\mathrm{p}K_B\).

Ordne die acht Säuren nach ihrer Stärke — die stärkste nach oben. Die Karten verraten nur \(K_S\). Ziehen oder antippen (Tastatur: Enter nimmt auf, Pfeiltasten verschieben, Enter legt ab). „Prüfen“ trägt richtig platzierte Säuren in die Säure-Base-Reihe ein.

Säuren nach Stärke

▲ stärkste SäureKS in mol/L

    ▼ schwächste Säure

    Halte fest: Kleiner \(\mathrm{p}K_S\) bedeutet starke Säure und schwache korrespondierende Base — zusammen ergeben \(\mathrm{p}K_S\) und \(\mathrm{p}K_B\) immer 14.

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    Allgemeine Hinweise

    Klein ist stark

    Ein kleiner (sogar negativer) \(\mathrm{p}K_S\)-Wert bedeutet eine starke Säure — beim \(K_S\) selbst ist es umgekehrt.

    Zehnerpotenzen vergleichen

    Vergleiche bei \(K_S\) zuerst den Exponenten, dann die Zahl davor: \(5{,}6\cdot10^{-10} > 4{,}0\cdot10^{-10} > 4{,}0\cdot10^{-11}\).

    Summe 14 nur im Paar

    \(\mathrm{p}K_S + \mathrm{p}K_B = 14\) gilt nur für ein korrespondierendes Paar wie \(\ce{NH4+}/\ce{NH3}\) — nicht für eine beliebige Säure und Base.

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