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Physik » Chemie » Säure- und Base- Konstante
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Universität/Hochschule Säure- und Base- Konstante
digerdiga
Aktiv Letzter Besuch: in der letzten Woche
Dabei seit: 15.11.2006
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Themenstart: 2018-07-11


Das Produkt der Säure und Base Konstante ist ja $K_{\rm S} \cdot K_{\rm B} = 10^{-14}$.

Wie genau folgt das?

Kann ich eine Reaktion bei der eine Säure HA deprotoniert d.h.
$$
{\mathrm {HA+H_{2}O\ \rightleftharpoons \ H_{3}O^{+}+A^{-}}}
$$
auch als Basenreaktion einer Base B
$$
{\displaystyle \mathrm {B+H_{2}O} \leftrightharpoons \mathrm {OH^{-}+BH^{+}} }
$$
auffassen und wenn ja wie? Ist Wasser dann die Base?

Wenn ich dann das Produkt hinschreibe
$$
K_{\rm S} \cdot K_{\rm B} ={\frac {c(\mathrm {H} _{3}\mathrm {O} ^{+})\cdot c(\mathrm {A} ^{-})}{c(\mathrm {HA} )}} \cdot {\frac {c(\mathrm {B} \mathrm {H} ^{+})\cdot c(\mathrm {OH} ^{-})}{c(\mathrm {B} )}}
$$
dann sollte ja irgendwie gelten
$$
\frac{c(\mathrm {A} ^{-})}{c(\mathrm {HA} )} \cdot \frac{c(\mathrm {B} \mathrm {H} ^{+})}{c(\mathrm {B} )} = 1 \, .
$$
Warum?

Eigentlich haben die hier auftretenden Konzentrationen $c({\rm H}_3{\rm O}^{+})$ und $c({\rm OH}^{-})$ ja nichts mit dem Ionenprodukt des Wassers zu tun, weil sie ja durch die Dissoziation der gelösten Säure bzw. Protonierung der Base entstehen und damit von der Selbstdissoziation des Wasser im allgemeinen abweichen. Diese wird wahrscheinlich parallel hierzu trotzdem noch vorliegen, oder?

Danke



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jacha2
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.1, eingetragen 2018-07-11


Salut,

Deine ersten beiden Gleichungen ...
2018-07-11 02:24 - digerdiga im Themenstart schreibt: ...
$$
{\mathrm {HA+H_{2}O\ \rightleftharpoons \ H_{3}O^{+}+A^{-}}}
$$
...
$$
{\displaystyle \mathrm {B+H_{2}O} \leftrightharpoons \mathrm {OH^{-}+BH^{+}} }
$$
...
$$
K_{\rm S} \cdot K_{\rm B} ={\frac {c(\mathrm {H} _{3}\mathrm {O} ^{+})\cdot c(\mathrm {A} ^{-})}{c(\mathrm {HA} )}} \cdot {\frac {c(\mathrm {B} \mathrm {H} ^{+})\cdot c(\mathrm {OH} ^{-})}{c(\mathrm {B} )}}
$$
...
$$
\frac{c(\mathrm {A} ^{-})}{c(\mathrm {HA} )} \cdot \frac{c(\mathrm {B} \mathrm {H} ^{+})}{c(\mathrm {B} )} = 1 \, .
$$
...Eigentlich haben die hier auftretenden Konzentrationen $c({\rm H}_3{\rm O}^{+})$ und $c({\rm OH}^{-})$ ja nichts mit dem Ionenprodukt des Wassers zu tun, weil sie ja durch die Dissoziation der gelösten Säure bzw. Protonierung der Base entstehen und damit von der Selbstdissoziation des Wasser im allgemeinen abweichen. Diese wird wahrscheinlich parallel hierzu trotzdem noch vorliegen, oder?...
...beschreiben doch zwei unterschiedliche Gleichgewichtsreaktionen und ich kann noch nicht sehen, weswegen Du diese beiden Vorgänge in der 3. Gleichung zusammenführst, um das MWG darauf anzuwenden. Damit ich die Frage richtig verstehe:Eine der Erklärungen für Deine Fragestellung, die mir einfallen, ist eine Neutralisierung einer Säure mit ihrer konjugierten Base in verdünnter wäßriger Phase. So etwas wie eine Pufferung. Dann müßtest Du die gesamte Gleichung aufstellen und in den MWG-Quotienten einführen. Das von Dir angegebene Ionenprodukt ist genaugenommen nur für verdünnte wäßrige Lösungen bei 22°C gültig (und vermutlich auch unter Normaldruck, aber der geht weniger stark in die Betrachtungen ein). Also wird die Thermodynamik des Geschehens durch das Ionenprodukt des Wassers dominiert, weil es die, unchemisch ausgedrückt, Majoritätskomponente darstellt.

Adieu



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digerdiga
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.2, vom Themenstarter, eingetragen 2018-07-11


Wie meinst du das mit es stellt die Majoritätskomponente dar?
So wie ich das verstanden habe, gilt $K_{\rm S} \cdot K_{\rm B} = 10^{-14}$ für beliebige Säuren/Basen und nicht nur für das Ionenprodukt des Wasser.

Das Massenwirkungsgesetz ist doch nur die Aussage über die Konstante $K_{\rm S}$ als Produkt der Konzentrationen im Gleichgewicht nicht die Zusammenführung in Form von $K_{\rm S} \cdot K_{\rm B}$.



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DerEinfaeltige
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.3, eingetragen 2018-07-11


Jede Säure $HA$ besitzt eine konjugierte Base $A^-$.

Die entsprechenden Reaktionen sind

$HA + H_2O \to H_3O^+ + A^-$
$A^- + H_2O \to HA + OH^-$

Für die zugehörigen Gleichgewichtskonstanten bzw. deren Logarithmen $pK_S$ und $pK_B$ gilt unter näherungsweise Normalbedingungen der genannte Zusammenhang.


-----------------
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digerdiga
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.4, vom Themenstarter, eingetragen 2018-07-11


Näherungsweise, weil nur unter Normalbedingungen für das Ionenprodukt des Wassers dieser Zusammenhang gilt?



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jacha2
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.5, eingetragen 2018-07-11


Salut,

Majoritätskomponente heißt nichts anderes,...

2018-07-11 19:49 - digerdiga in Beitrag No. 2 schreibt:
Wie meinst du das mit es stellt die Majoritätskomponente dar?
 ...als daß Wasser die Majoritätskomponente darstellt. Du kannst auch je 1 M Natronhydroxid und flüssig komprimiertes Wasserstoffchlorid mit einem Tropfen Wasser zusammenbringen und diese Frage erneut stellen. Dann wird das Ionenprodukt des Wassers nur in einer kleinen Ecke des Reaktionsgefäßes das Geschehen beschreiben.
2018-07-11 19:49 - digerdiga in Beitrag No. 2 schreibt:
So wie ich das verstanden habe, gilt $K_{\rm S} \cdot K_{\rm B} = 10^{-14}$ für beliebige Säuren/Basen und nicht nur für das Ionenprodukt des Wasser.
Also nochmals: Solange Wasser das (molmäßig) dominierende Lösemittel ist.
Das Lewis-Säure/Basenkonzept geht meines Wissens über wäßrige Lösungen von in Hydronium- bzw. Hydroxidionen dissoziierender Substanzen hinaus.
2018-07-11 19:49 - digerdiga in Beitrag No. 2 schreibt: ...
Das Massenwirkungsgesetz ist doch nur die Aussage über die Konstante $K_{\rm S}$ als Produkt der Konzentrationen im Gleichgewicht nicht die Zusammenführung in Form von $K_{\rm S} \cdot K_{\rm B}$.
Naja, die Zusammenführung hast schließlich Du veranstaltet und dann nach dem Zshg. mit dem Ionenprodukt des Wassers gefragt. Wir sind uns wohl einig, daß den HO- und H3O+ ihre Herkunft egal ist. Solange sie miteinander das Ionenprodukt des Wassers bilden können (was naturgemäß in verdünnter wäßriger Lösung am besten gelingt), sorgt die Thermodynamik dafür, daß sie das auch tun. Insoweit ist auch Deine Frage aus #4 aus meiner Sicht bejahend zu beantworten.
Adieu



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digerdiga
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.6, vom Themenstarter, eingetragen 2018-07-12


Kann man denn für wässrige Lösungen analoge kinetische Gleichungen benutzen die in der Gasphasenchemie Anwendung finden?
Sprich z.B. folgende Gleichungen für ${\rm OH^-}, {\rm H_3O^+}, {\rm A^-}, {\rm HA}$ bei der Reaktion einer Säure HA in Wasser die vollständig deprotoniert
\[
\frac{{\rm d}}{{\rm d}t} \left[ {\rm OH^-} \right] = k_{\rm 2 \, H_2O} \left[ {\rm H_2O} \right]^2 + k_{\rm A^- + H_2O} \left[ {\rm H_2O} \right] \left[ {\rm A^-} \right] - \left\{ k_{\rm HA + OH^-} \left[ {\rm HA} \right] + k_{\rm H_3O^+ + OH^-} \left[ {\rm H_3O^+} \right] \right\} \left[{\rm OH^-}\right] \tag{1}
\] \[
\frac{{\rm d}}{{\rm d}t} \left[ {\rm H_3O^+} \right] = k_{\rm 2 \, H_2O} \left[ {\rm H_2O} \right]^2 + k_{\rm HA + H_2O} \left[ {\rm H_2O} \right] \left[ {\rm HA} \right] - \left\{ k_{\rm H_3O^+ + A^-} \left[ {\rm A^-} \right] + k_{\rm H_3O^+ + OH^-} \left[ {\rm OH^-} \right] \right\} \left[{\rm H_3O^+}\right] \tag{2}
\] \[
\frac{{\rm d}}{{\rm d}t} \left[ {\rm A^-} \right] = -\frac{{\rm d}}{{\rm d}t} \left[ {\rm HA} \right] = \left\{ k_{\rm HA + H_2O} \left[ {\rm H_2O} \right] + k_{\rm HA + OH^-} \left[ {\rm OH^-} \right] \right\} \left[ {\rm HA} \right] - \left\{ k_{\rm A^- + H_2O} \left[ {\rm H_2O} \right] + k_{\rm H_3O^+ + A^-} \left[ {\rm H_3O^+} \right] \right\} \left[{\rm A^-}\right] \tag{3}
\] ?



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DerEinfaeltige
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.7, eingetragen 2018-07-12


Jede Gleichgewichtsreaktion kann man auch kinetisch beschreiben.
Gleichgewicht herrscht, wenn die Zeitableitung der Konzentration verschwindet.


Extrem starke Säuren/Basen sind allerdings eher langweilig.
Interessant wird es erst, wenn die Säure gerade nicht vollständig deprotoniert wird, also nur schwach bis stark ist.


Ansonsten sei bei Betrachtung von Gleichgewichten oder Kinetik noch anzumerken, dass die einfachen linearen Zusammenhänge nur bei ausreichender Verdünnung gelten. Die angenommene Näherung der Aktivität durch eine (ggf. normierte) Konzentration gilt nur bei idealer Verdünnung.


Lewis-Säuren und Basen sind übrigens Elektronenpaarakzeptoren/-donatoren.
Mit wässriger Säure/Base-Chemie und dem Begriff der Säure/Base nach Brönsted hat das nur indirekt zu tun.


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digerdiga
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Wenn ich oben in den Gleichungen die Zeitableitungen Null setze und erstmal $\left[{\rm HA}\right]=\left[{\rm A^-}\right]=0$ einsetze, dann erhält man z.B. das Ergebnis der Autoprotolyse von Wasser aus Gleichung ${\rm (2)}$
$$
K_{\rm W} = \left[{\rm OH^-}\right]\left[{\rm H_3O^+}\right] = \frac{k_{\rm 2\,H_2O}\left[{\rm H_2O}\right]^2}{k_{\rm H_3O^+ + OH^-}}
$$
von dem ich weiß, dass es $10^{-14}$ ist.
Jetzt müsste ich also wieder für $\left[{\rm HA}\right]\neq0$ und $\left[{\rm A^-}\right]\neq 0$ lösen und das Produkt bilden und es sollte das gleiche herauskommen, seh ich das richtig?



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