Dissoziation von Säuren

Dissoziation von Säuren Übung

• Was sind Säuren?

  Tipps

  Eine Antwort ist richtig.

  Lösung

  In wässriger Lösung gibt Chlorwasserstoff $\ce{(HCl)}$ Wasserstoff-Ionen $\ce{(H+)}$, also Protonen, an Wassermoleküle ab. Es entsteht Salzsäure: ein Oxonium-Ion $\ce{(H3O+)}$ und der Säurerest (Chlorid-Ion).
  
  Dieses Prinzip gilt für alle Säuren in wässriger Lösung: Sie geben Protonen ab.
  
  Säuren sind also Wasserstoff-Verbindungen.

  In wässriger Lösung gibt Chlorwasserstoff $\ce{(HCl)}$ ein Proton (also ein Wasserstoff-Ion $\ce{H+}$) an ein Wassermolekül ab. Es entsteht Salzsäure: ein Oxonium-Ion $\ce{(H3O+)}$ und der Säurerest (Chlorid-Ion $\ce{Cl-}$).
  
  Dieses Prinzip gilt für alle Säuren in wässriger Lösung: Sie geben Protonen ab.
  
  Säuren sind also Stoffe, die Protonen abgeben können (Protonendonatoren nach Brönsted) und Wasserstoff-Verbindungen (nach Arrhenius).

• Beschrifte die Reaktion von Salzsäure mit Wasser.

  Tipps

  Protonen sind Wasserstoff-Ionen ($\ce{H+}$).

  Wasser ($\ce{H2O}$) ist nach Brönsted bei der Reaktion mit Salzsäure ($\ce{HCl}$) der Protonenakzeptor.

  Hier siehst du ein Oxonium-Ion.

  Lösung

  Eine Säure, beispielsweise Chlorwasserstoff ($\ce{HCl}$), dissoziiert, also zerfällt, in wässriger Lösung. Dabei gibt sie ein Proton ($\ce{H+}$) ab. Es entsteht das Chlorid-Ion ($\ce{Cl-}$) als Säurerest.
  
  Nach der Brönsted-Definition (bzw. Brønsted) gilt:
  
  

  • Säuren sind Protonendonatoren (sie geben Protonen ab).

  
  

  • Basen sind Protonenakzeptoren (sie nehmen Protonen auf).

  <hr> Bei der Reaktion von Chlorwasserstoff mit Wasser wirkt das Wassermolekül als Base ($\ce{H2O}$), weil es das Proton aufnimmt. Dadurch entsteht ein Oxonium-Ion ($\ce{H3O+}$) und ein Säurerest, das Chlorid-Ion ($\ce{Cl-}$).

• Erkläre die Dissoziation von Schwefelsäure genauer.

  Tipps

  Zwei Antworten sind falsch und bleiben übrig.

  Lösung

  Schwefelsäure $\ce{(H2SO4)}$ kann in wässriger Lösung zwei Protonen $\ce{(H+)}$ abgeben, oder anders gesagt zwei Oxonium-Ionen $\ce{(H3O+)}$ bilden. Übrig bleibt das Sulfat-Ion $\ce{(SO4^{2-})}$ als Säurerest.
  
  Allerdings findet die Dissoziation von Schwefelsäure in zwei Stufen statt – den sogenannten Dissoziationsstufen.
  1.$~$In der ersten Dissoziationsstufe wird ein Proton abgespalten. Es entsteht das Hydrogensulfat-Ion $\ce{(HSO4-)}$ als Säurerest.
  2.$~$In der zweiten Dissoziationsstufe wird ein weiteres Proton abgespalten und wir erhalten das Sulfat-Ion $\ce{(SO4^{2-})}$.

• Vergleiche eine starke und schwache Säure.

  Tipps

  Hier siehst du die Dissoziationsgleichung von Salpetersäure:
  $\ce{HNO3 + H2O <=>> H3O+_{(aq)} + NO3^-_{(aq)}}$ <hr> Hier siehst du die Dissoziationsgleichung von Kohlensäure:
  $\ce{H2CO3 + H2O <<=> 2 H3O+_{(aq)} + CO3^-_{(aq)}}$

  Die Reaktionspfeile geben dir Aufschluss darüber auf welcher Seite der Gleichung das Gleichgewicht liegt, also ob eine Säure fast vollständig dissoziiert vorliegt oder nur ein kleiner Teil.
  Bei Salpetersäure liegt das Gleichgewicht fast vollständig auf der rechten Seite und bei Kohlensäure eher auf der linken Seite.

  Lösung

  Ob eine Säure stark oder schwach ist, hängt nicht davon ab, wie viele Dissoziationsstufen sie hat, sondern wie viele Protonen tatsächlich abgegeben werden.
  
  Beispiel: Salpetersäure ($\ce{HNO3}$) hat nur eine Dissoziationsstufe, ist aber stärker als Kohlensäure ($\ce{H2CO3}$), die zwei Protonen abgeben kann. Denn bei Salpetersäure werden nahezu alle Moleküle vollständig in Ionen aufgespalten.
  
  Starke Säuren:

  • Beispiele: Salzsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure
  • Sie dissoziieren fast vollständig in wässriger Lösung.
  • Man sagt: Sie sind vollständig protolysiert.

  → Fast alle Moleküle geben ihre Protonen ab und bilden Oxonium-Ionen und Säurerest-Ionen.
  
  Schwache Säuren:

  • Beispiele: Phosphorsäure, Kohlensäure
  • Sie dissoziieren nur teilweise.
  • Man sagt: Sie sind nur teilweise protolysiert.

  → Nur wenige Moleküle geben Protonen ab, daher entstehen weniger Oxonium-Ionen in der Lösung.
  
  Wichtig: Die Anzahl der Dissoziationsstufen spielt dabei keine entscheidende Rolle. Entscheidend ist, wie vollständig die Säure ihre Protonen abgibt.

• Benenne Eigenschaften saurer Lösungen.

  Tipps

  Einige saure Lösungen im Labor tragen dieses Gefahrenzeichen.

  Drei Antworten sind richtig.

  Lösung

  Eine Säure, beispielsweise Chlorwasserstoff ($\ce{HCl}$), dissoziiert in wässriger Lösung. Dabei entstehen Oxonium-Ionen ($\ce{H3O+}$) und Chlorid-Ionen ($\ce{Cl-}$).
  
  Erst durch diese Dissoziation entstehen die freien Ionen, die für die typischen Eigenschaften von Säuren verantwortlich sind: Die Lösung wird

  • sauer,
  • kann Metalle angreifen (ätzend) und
  • elektrischen Strom leiten, weil sich die Ionen frei bewegen können.

• Kennzeichne die schwachen und starken Säuren.

  Tipps

  Kohlensäure, Essigsäure oder Phosphorsäure kommen häufig in Lebensmitteln mit mildem Säuregeschmack vor.

  Salzsäure, Schwefelsäure oder Salpetersäure findest du nicht in Lebensmitteln, dafür aber beispielsweise im Labor.

  Lösung

  Du kannst Säuren in starke und schwache Säuren unterscheiden. Zur Unterscheidung zwischen starken und schwachen Säuren kommt es nicht darauf an, in wievielen verschiedenen Stufen die Protonen abgegeben werden, sondern darauf, wie viele der gebundenen Protonen tatsächlich freigesetzt werden. Es zählt also, wie vollständig eine Säure in Ionen zerfällt.
  Um zwischen starker und schwacher Säure zu unterscheiden, kann es hilfreich sein, ihre Einsatzgebiete zu kennen.
  
  Zu den starken Säuren, die du im Labor oder verschiedenen industriellen Prozessen vorfindest, zählen Salpetersäure $\ce{(HNO3)}$, Schwefelsäure $\ce{(H2SO4)}$ oder Salzsäure $\ce{(HCl)}$. Sie dissoziieren fast vollständig in Protonen und Säurerest-Ionen.
  
  Zu den schwachen Säuren, die du beispielsweise in verschiedenen Lebensmitteln vorfindest, zählen Essigsäure $\ce{(CH3COOH)}$, Phosphorsäure $\ce{(H3PO4)}$ oder Kohlensäure $\ce{(H2CO3)}$. Kohlensäure und Phosphorsäure findest du beispielsweise in Colagetränken und Essigsäure findest du im Salatdressing. Sie geben nur einen Teil ihrer Protonen ab, sind also nur teilweise dissoziiert.