Bestimmung der konjugierten Säuren und Basen

Hallo und ganz herzlich willkommen. Das Video heißt “Bestimmung der konjugierten Säuren und Basen”. Du kennst bereits Säuren und Basen nach Brønsted. Nachher kannst du konjugierte Säuren und Basen nach Brønsted bestimmen, du kennst den Begriff des konjugierten Säure-Base-Paares und du kannst ihn anwenden. Wie hatten wir das in Erinnerung? Säuren sind Protonendonatoren, Basen sind Protonenakzeptoren. Nach Brønsted gilt: Säuren sind Protonendonatoren. Ein Beispiel für eine Säure ist Chlorwasserstoff HCl. Ein Chlorwasserstoff-Molekül HCl dissoziiert in ein Proton H+ und ein Chlorid-Ion Cl-. Eine Brønsted-Base ist ein Chlorid Ion Cl-, es reagiert mit einem Proton H+ und bildet ein Chlorwasserstoff-Molekül HCl. Ein wichtiger Begriff aus der Theorie von Brønsted sind die konjugierten Säure-Base-Paare. Säuren und Basen sind verbunden wie Mutter und Kind. Zentraler Punkt der Theorie ist das Wasserstoff Ion H+, auch Proton genannt. Das Bindeglied zwischen einem Säureteilchen und einem Baseteilchen ist das Proton. Wir können uns merken: Säure reagiert zu Proton + Base. Ein Beispiel ist das Chlor Wasserstoff Molekül HCl, es reagiert zu H+ und Cl-, zu einem Proton und einem Chlorid-Ion. Wir besprechen ausschließlich Gleichgewichtsreaktionen, also können wir auch umgekehrt schreiben: Base + Proton reagiert zu Säure. Cl- + H+ stehen im chemischen Gleichgewicht zu HCl. Und nun zu den konjugierten Säure-Base-Paaren: Ein Chlorwasserstoff-Molekül HCl und ein Chlorid-Ion unterscheiden sich jeweils durch ein Proton. Teilchen, die sich um ein Proton H+ voneinander unterscheiden, nennt man konjugierte, das bedeutet zusammengehörende, Säuren und Basen nach Brønsted. Wir wollen uns einmal einzelne Paare solcher Säuren und Basen anschauen: Links die Säure und rechts die um ein Proton ärmere Base. Das Säuremolekül S steht mit dem Proton H+ und dem Base-Molekül B im Gleichgewicht. Schauen wir uns Bromwasserstoff an, könnt ihr euch an die Formel des Moleküls erinnern? Richtig HBr und im Gleichgewicht steht dieses Molekül ganz klar mit H+ und Br-, die Base ist hier Br-, das Bromid-Ion. Die Säure ist Salpetersäure, kennt ihr noch die Formel? Richtig, HNO₃. Das Molekül Salpetersäure steht im chemischen Gleichgewicht mit dem Proton H+ und dem Ion NO₃-. NO₃- ist die Base, das, wisst ihr es noch, richtig, Nitrat-Ion. Die Säure ist nun Schwefelsäure. Kennt ihr die Formel des Moleküls noch? Richtig H₂SO₄. Dieses Molekül steht im chemischen Gleichgewicht mit dem Proton H+ und einem Ion. Wisst ihr, mit welchem? Richtig HSO₄-, es ist das Hydrogensulfat Ion, die Base. Als Base gut kann uns das Ion auch als Säure dienen. Im Gleichgewicht kann es ein Proton H+ abgeben. Was entsteht noch? Richtig das Ion SO₄₂-. Das ist das, na? Sulfat-Ion, die Base. Auch Ionen können Säuren sein, wie das Ammonium Ion. Erinnert ihr euch? NH₄+. Das Ion kann ein Proton abgeben und was bildet sich noch? Richtig NH₃. Das ist Ammoniak, genauer gesprochen ein Ammoniakmolekül. Und nun das Oxonium-Ion, ich nenne es lieber Hydronium-Ion. Nun diktiert einmal bitte. Ja, H₃O+. Die Abgabe eines Protons H+ liefert, na klar, H₂O. Die Base ist hier Wasser, genauer ein Wassermolekül. Es gibt viel Aberglauben im Zusammenhang mit Salzsäure, von diesem möchte ich euch hier befreien. Gasförmiger Chlorwasserstoff HCl gelöst in Wasser ergibt Salzsäure. Das war’s auch schon. Und was passiert nun? Ein Chlorwasserstoff-Molekül HCl reagiert mit einem Wassermolekül H₂O. Dabei wird ein Proton übertragen. Es entstehen die Ionen H₃O+ und Cl-. Betrachtet man die Reaktion von rechts nach links, erfolgt eine Übertragung des Protons von H3O+ zu Cl-. Die Differenz zwischen HCl und Cl- ist genau das Proton, zum ersten, also ist HCl die Säure 1 und Cl- die Base 1. Die Differenz von H₂O und H₃O+ ist ebenfalls genau ein Proton, zum zweiten. Somit ist H₂O die Base 2 und H₃O+ die Säure 2. Identifizieren wir nun die Säure-Base-Paare. Das erste ist, richtig, die Teilchen HCl und Cl-, und das zweite, nun sagt schnell, richtig, die Teilchen H₃O+ und H₂O. Und nun machen wir eine kleine Übung: H₃PO₄ dissoziiert in, richtig, H+ und H₂PO₄-. Was ist die Säure, was die Base? H₃PO₄ ist die Säure und H₂PO₄- die Base. Nun soll das Ion H₂PO₄- ein weiteres Proton verlieren, es entsteht außerdem HPO₄₂-. Wo ist die Säure, wo ist die Base? Na, das ist jetzt fast schon zu einfach. Bemerkenswert. Was in der Reaktion vorher die Base war, ist hier die Säure. Und wir machen weiter. Das erhaltene Ion HPO₄₂- gibt ein weiteres Proton ab und es bildet sich außerdem das Ion PO₄₃-. Was ist hier die Säure, was ist hier die Base? Na klar, ihr wisst es schon. Bemerkenswert ist, dass die Base aus der vorherigen Gleichung hier als Säure auftritt. Man kann aber auch gleich alle drei Protonen auf einmal ablösen. Das Phosphorsäuremolekül, ihr habt es sicher schon erkannt, liefert drei Protonen und ein Phosphat-Ion PO₄₃-. Tja, und wer hier Säure ist und wer Base, na das dürfte inzwischen gähnend leicht sein. So, und nun werfen wir die Phosphorsäure einmal ins Wasser. H₃PO₄ + H₂O liefern, na klar, H₃O+ + H₂PO₄-. Das Teilchen H₃PO₄ ist hier die konjugierte Säure 1, die konjugierte Base 1 ist das Hydrogenphosphat-Ion H₂PO₄-. Das Oxonium-Ion ist die Säure 2, das Wassermolekül die Base 2. Ihr dürft ruhig nach oben schielen in die erste Zeile, das hilft etwas. Und weiter geht’s. Das Dhydrogenphosphat-Ion reagiert mit einem weiteren Wasserteilchen. Es entsteht ein Oxonium-Ion und ein Hydrogenphosphat-Ion. Könnt ihr die beiden konjugierten Säure-Base-Paare bestimmen? Naja, schaut nach oben, das erste findet ihr leicht und das zweite entsprechend, haben wir links ja auch schon mal gemacht. Das Hydrogenphosphat-Ion HPO₄₂- war in der letzten Gleichung eine Base und wie wird es wohl hier fungieren? Ein Wassermolekül löst von ihm das letzte Proton ab, es entstehen Oxonium-Ion und Phosphat-Ion. Bestimmt die beiden Säure-Base-Paare. Und? Sehr schön, geht doch, ist doch gar nicht so schwer. Man kann natürlich analog zu zwei Zeilen darüber die Ablösung aller dreier Protonen sofort bewältigen. Das Auffinden der beiden Säure-Base-Paare dürfte nun für euch sicher ein Lacher sein. Wir setzen die Übung fort: Ein Ammoniakteilchen NH₃ reagiert mit einem Wasserteilchen H₂O und es entstehen ein Ammonium-Ion NH₄+ und ein Hydroxid-Ion OH-. Identifiziert bitte die beiden Säure-Base-Paare. Na also, geht doch. Und nun die Teilchen NH₃ und HCl, ein Ammoniakteilchen mit einem Chlorwasserstoffteilchen. So, und schauen wir nach links, dann können wir uns überlegen, dass sich aus NH₃ NH₄+ bildet und zwar durch Protonenaufnahme. Das Proton stammt vom HCl und übrig bleibt folgerichtig Cl-. Wir haben bereits eine gewisse Erfahrung und können schnell die Säure-Base-Paare formulieren. Und nun ein kleiner Exkurs in die organische Chemie: Ameisensäure. Ein Ameisensäuremolekül HCOOH reagiert mit einem Wassermolekül H₂O, es entstehen die Ionen HCOO- und H₃O+. Die Paare konjugierter Säuren und Basen sind schnell gefunden. Na klar, HCOOH ist eine Säure, die dazu korrespondierende Base ist das Ion HCOO-. Dass H₂O und H₃O+ miteinander korrespondieren, haben wir heute an vielen Beispielen gesehen. Und nochmal zur Erinnerung: HCOOH ist das Ameisensäuremolekül, H2O das Wassermolekül, HCOO- nennt man Formiat-Ion, H₃O+ ist das Oxonium-Ion. So, und zum Abschied noch ein Schmankerl. Es geht hier um eine Supersäure. Hexafluorantimonsäure HSbF₆ ist eine Supersäure, sie ist viel, viel stärker als Schwefelsäure. Säure und Säure das kann doch nichts werden, oder? Folgendes passiert: HSbF₆ + H₂SO₄ reagieren zu H₃SO₄+ und SbF₆-. Das erste Säure-Base-Paar ist HSbF₆ und SbF₆-. Was das zweite Paar ist, ist demnach klar. Aber seltsam. Das Schwefelsäuremolekül ist hier die Base und seine protonierte Form, das heißt das Molekül + Proton, ist die Säure. Und das kam ganz unerwartet, die schwächere Säure, nämlich die Schwefelsäure H₂SO₄, wirkt hier wie eine Base. Das war ein weiterer Film von André Otto. Ich wünsche euch alles Gute und viel Erfolg. Tschüss!