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Basiswissen ChemieVorkurs des MINTroduce-Projekts

Christoph Wölper

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Sprechzeiten (Raum: S07 S00 C24 oder S07 S00 D27)

MINTroduce-Vorkurs Chemie Sommersemester 2014

Teilnahmebescheinigungen

Mail an [email protected]

vorname;nachname;tt.mm.jjjj


Was bisher geschah

Kinetik• Reaktionsgeschwindigkeit• Konzentrationsabhängigkeit

→ Elementarreaktionen→ Reaktionsordnung

• Temperaturabhängigkeit→ Aktivierungsenergie→ Stöße

• Katalyse


Was bisher geschah

Chemische Gleichgewichte• dynamisches Gleichgewicht• Prinzip von Le Chatelier• Massenwirkungsgesetz

Löslichkeit• ein Gleichgewicht• Löslichkeitsprodukt KL

• Sättigungskonzentration


Was bisher geschah

Massenwirkungsgesetz• Reaktion

A+ B � C+ D

• Massenwirkungsgesetz (Gleichgewichtskonzentrationen)

K =[C] · [D][A] · [B]

=1, 2 · 0, 90, 3 · 0, 4

= 9

• Konzentrationsquotient

Q =[C] · [D][A] · [B]

=0, 5 · 0, 51 · 1

= 0, 25 < 9

also muss die Reaktion noch weiter in Richtung der Produkteverlaufen


Chemische Reaktionen

Säure/Base-Reaktionen




Eigenschaften

Säuren

• saurer Geschmack• lösen Metalle unterH2-Entwicklung

• neutralisieren Basen

Basen

• bitterer Geschmack• seifig• neutralisieren Säuren




Theorien• Arrhenius• Brønsted und Lowry• Lewis


Chemische Reaktionen → Säure/Base-Reaktionen

Theorie von Arrhenius

Definitionen

Säuren

Eine Säure ist eine Substanz,die in Lösung Protonenfreisetzen kann. Dasentstehende Anion bezeichentman als Säurerestion.

Säure −→ H+ + Säurerest−

Basen

Eine Base ist eine Substanz,die in Lösung Hydroxidionenfreisetzen kann. Das ebenfallsentstehende Kation wird alsBasenrest bezeichnet.

Base −→ OH− + Basenrest+

H+ + Säurerest− + OH− + Basenrest+ −→ H2O+ Salz(aq)



Theorie von Brønsted und Lowry

Definitionen

Säuren

Eine Säure ist eine Substanz,die Protonen freisetzen kann.

HA −→ H+ + A− oder auchHA+ −→ H+ + A

Basen

Eine Base ist eine Substanz,die Protonen aufnehmen kann.

B+ H+ −→ HB+ oder auchH+ + B− −→ HB

korrespondierendes Säure/Base-Paar

Säure � H+ + Base




HCl + H2O Cl− + H3O+

Paar 1: HCl/Cl−

Paar 2: H3O+/H2O

• H+ frei nicht existenzfähig• zweites Säure/Base-Paar nötig• Protonenübertragung




Säure- und Basekonstanten• Wasser als zweites Säure/Base-Paar (amphoter)• Gleichgewicht!

HA+ H2O � H3O+ + A−

• Massenwirkungsgesetz

K =[H3O+][A−][HA][H2O]

• Lösungsmittelkonzentration konstant

KS =[H3O+][A−]

[HA]




Säure- und Basekonstanten• logarimieren für angenehmere Zahlenwerte

pKS = − lgKS

Säur

ew

irdst

ärke

r

pKS Säure � H+ + Base pKB∼ −6 HCl � H+ + Cl− ∼ 20∼ −3 H2SO4 � H+ + HSO−

4 ∼ 17−1, 74 H3O+ � H+ + H2O 15, 74−1, 32 HNO3 � H+ + NO−

3 15, 321, 92 HSO−

4 � H+ + SO2−4 12, 08

4, 76 CH3COOH � H+ + CH3COO− 9, 246, 52 H2CO3 � H+ + HCO−

3 7, 489, 21 NH+

4 � H+ + NH3 4, 7910, 40 HCO−

3 � H+ + CO2−3 3, 60

15, 74 H2O � H+ + OH− −1, 74

Base

wird

stärker




Der pH-Wert• Wie groß ist die H+-Konzentration?• Wasser ist amphoter:

H2O+ H2O � H3O+ + OH−

• Autoprotolyse

KW = [H3O+] · [OH−] = 10−14 mol2/l2 bei 25 ◦C

• wichtig bei verdünnten Lösungen oder schwachen Säure




Der pH-Wert• logaritmische Größe für angenehmere Zahlenwerte

pH = − lg[H3O+] bzw. pOH = − lg[OH−]

• aus Ionenprodukt ergibt sich

pKW = pH+ pOH = 14 bei 25 ◦C



Exkurs: Titration

• Neutralisationsreaktion zur Konzentrationsbestimmung

H3O+ + OH− −→ 2H2O

nS = nB

• Mit Hilfe der Definition der Konzentration erhalten wir durchUmformen:

VS · cS = VB · cB aus c =nV

• zwei Größen vorgegeben, eine experimentell bestimmt



Theorie von Lewis

Definitionen

Säuren

Eine Säure ist eine Substanz,die ein Elektronenpaaraufnehmen kann, also einElektronenpaarakzeptor.

Basen

Eine Base ist eine Substanz,die ein Elektronenpaar zurVerfügung stellen kann, alsoein Elektronenpaardonor.

Neutralisation führt zu Bildung einer kovalenten Bindung

A + B A B


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