Allgemeine Zusammenhänge zu Protolyse-Gleichgewichten

Ein Stoff reagiert chemisch mit Wasser, d.h. er wird nicht nur einfach gelöst, sondern entzieht den Wassermolekülen Protonen (Protonenakzeptor = Base) oder gibt an die Wassermoleküle Protonen ab, d.h. bringt sie in die Funktion des Protonenakzeptors und wirkt gleichzeitig als Säure (Protonendonator). Grundprinzip dabei ist immer, dass das Autoprotolyse-Gleichgewicht des Wasser H2O + H2O <==> H3O+ + OH verschoben wird. Konstante Größe in diesem Spiel ist der pKw-Wert dieses Gleichgewichts = 14.

Es gibt also drei Größen: s. Abbildung.

Zur Bestimmung einer Größe müssen zwei der drei Fakto
ren bekannt sein. Zur Ermittlung einer der drei Faktoren muss weiter unterschieden werden zwischen 1. reinen Säuren bzw. Basen und 2. Säuren bzw. Basen, die aus der Dissoziation eines Salzes entstehen.

Bei der Dissoziation eines Salzes kann immer davon ausge
gangen werden, dass die Dissoziation vollständig erfolgt. Dem
nach scheinen dann beide Komponenten des Salzes mit Wasser zu reagieren. In drei von vier Fällen sieht das aber so aus, dass eine Komponente gar keine Reaktion zeigt, weil sie das Anion einer starken Säure (z.B. Cl ) oder das Kation einer starken Base (z.B. Na+) ist. D.h. durch diese Anionen bzw. Kationen wird das Gleichgewicht des Wassers nicht verschoben. Die andere Komponente, z.B. NH4+ oder OH verschiebt jedoch das Gleichgewicht des Wassers in der behandelten Weise. Mit anderen Worten: es gibt eigentlich nur den Fall 1, Fall 2 ist lediglich eine Variante von Fall 1.

Was die Einschätzung der Stärke einer Säure bzw. Base betrifft und die darauf anzuwendende Rechenmethode, gibt es drei Fälle (siehe Tabelle im AB Stärke einer Säure bzw. Base III"):

1.	Starke Säuren bzw. Basen: der pH- bzw. pOH-Wert entspricht der Ausgangskonzentration der Säure bzw. Base;

2.	Schwache Säuren bzw. Basen: c(H3O+) = Ks * c(HAc)

3.	Mittelstarke Säuren bzw. Basen: Anwendung der pq-Formel (quadratische Gleichung)

Zur generellen Voraussage über den sauren oder basischen Charakter von Salzlösungen dienen folgende Regeln:

1.	Salze von starken Säuren mit starken Basen beeinflussen den pH-Wert nicht, da die konjugierten Basen bzw. Säuren schwach sind. Der pH-Wert bleibt bei 7.

2.	Salze von starken Säuren mit schwachen Basen ergeben saure Lösungen, da die konjugierten schwachen Basen und starken Säuren den pH-Wert unter 7 verschieben.

3.	Salze von schwachen Säuren mit starken Basen ergeben basische Lösungen, da die konjugierten starken Basen und schwachen Säuren den pH-Wert über 7 verschieben.

4.	Salze von schwachen Säuren mit schwachen Basen können sauer oder alkalisch reagieren. Der pH-Wert hängt davon ab, ob der saure Charakter des Kations oder der basische des Anions überwiegt. Ist der pKs-Wert der Säure gleich dem pKb-Wert der Base, reagiert die Lösung neutral. Ist der pKs-Wert der Säure größer als der pKb-Wert der Base, reagiert die Lösung basisch.

5.	In jedem Fall muss man sich darüber klar sein, was die Aussage der pKs-Wert der Säure ist größer als der pKb-
Wert der Base" bedeutet.

Übungsaufgaben: Zu jeder Aufgabe sind alle Reaktionsgleichungen zu formulieren!

1.	Welchen pH-Wert hat eine Buttersäure-Lösung der Konzentration c0(BS) = 0,05 mol/l?

2.	Bestimme den pKs-Wert einer Natriumhypobromit-Lösung mit der Konzentration c0(NaBrO) = 0,1 mol/l und einem pH-Wert von 10,85!

3.	Welchen Wert hat eine Ammoniumchlorid-Lösung der Konzentration c(NH4Cl) = 1 mol/l?

4.	Welchen pH-Wert hat eine Natriumsulfid-Lösung der Konzentration c0(Na2S) = 0,1 mol/l?

5.	Das Phenolat-Ion C6H5O ist das Anion der schwachen Säure Phenol C6H5OH. Das Anion unterliegt der Protolyse gemäß dem Schema C6H5O + H2O C6H5OH + HO . Bestimme die Konzentration einer Phenolat-Lösung mit einem pH-Wert von 11,0 !

Die pKs-Werte sind den einschlägigen Tabellen, z.B. Säurekonstanten in Wasser bei 298 K" zu entnehmen!