Säure-Base-Paare und Ampholyte

Guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um Säure-Base-Paare und Ampholyte. Dieses Video gehört zur Reihe "Basen und Säuren". Zur Erlangung notwendiger Vorkenntnisse solltet Ihr das Video über Säure-Base-Definitionen gesehen haben. Ihr solltet besonders die Definition der Säuren und Basen nach Brönsted beherrschen. Ziel des Videos ist es, Euch den Begriff konjugierter Säure-Base-Paare und die Relativität der Begriffe Säure und Base näherzubringen. Das Video ist in 7 Abschnitte unterteilt: 1. Konjugierte Säure-Base-Paare

1. Mehrprotonige Säuren

2. Wichtige Säuren und ihre Anionen

3. Wasser als Säure

5.  Ampholyte

1. Zwitter-Ionen

2. Zusammenfassung

3. Konjugierte Säure-Basen-Paare

Wir haben gelernt, dass die Dissoziation von Säuren mit einem Protonenübergang einhergeht. Es entsteht ein Protolysegleichgewicht. Im Fall von Salzsäure stehen HCl und H2O mit H3O^+ und OH^- im Gleichgewicht. Nach der Definition von Brönsted sind die rot gekennzeichneten Teilchen Säuren, während die blau gekennzeichneten Teilchen Basen sind. Also stehen im Gleichgewicht: Säure A und Base B mit Säure B und Base A. Base B und Säure B bilden ein Säure-Base-Paar, genauso wie Säure A und Base A. Man spricht hier von "konjugierten Säure-Base-Paaren". Teilchen eines konjugierten Säure-Base-Paares unterscheiden sich voneinander immer durch ein Wasserstoff-Ion, durch ein Proton, H^+. Das allgemeine Dissoziationsgleichgewicht für eine Säure HA in Wasser ergibt sich zu HA plus H2O stehen im Gleichgewicht mit H3O^+ plus A^-. Die Säure HA ist ein Protonendonator, das Anion A^- ein Protonenakzeptor. Genauso ist ein Donator das Hydronium-Ion H3O^+. Ein Protonenakzeptor ist folglich das Wasserteilchen H2O. Ein Protonendonator bildet mit einem Protonenakzeptor jeweils ein konjugiertes Säure-Base-Paar. Das sind im Falle des links beschriebenen Gleichgewichtes die Säure HA und das Anion A^-, beziehungsweise das Hydronium-Ion H3O^+ und das Wasserteilchen H2O. 2. Mehrprotonige Säuren

Bei mehrprotonigen Säuren handelt es sich um Säuren, deren Teilchen, die in der Lage sind, mehr als ein Proton abzugeben. Ein Beispiel dafür ist Schwefelsäure. In der 1. Stufe der Dissoziation reagiert ein Schwefelsäuremolekül mit einem Wassermolekül. Es bildet sich ein Hydronium-Ion, und ein Hydrogensulfat-Ion HSO4^- wird frei. Säure A und Base A bilden ein konjugiertes Säure-Base-Paar. Das zweite konjugierte Säure-Base-Paar besteht aus Base B und Säure B. Wir notieren die konjugierten Säure-Base-Paare in Formelschreibweise: H2SO4 und HSO4^- sowie H3O^+ und H2O. Wir kennzeichnen beide Paare noch in der Reaktionsgleichung. In der zweiten Stufe der Dissoziation dissoziiert das Hydrogensulfat-Ion HSO4^- weiter. HSO4^- plus H2O stehen im Dissoziationsgleichgewicht mit H3O^+ und SO4^-2. Die konjugierten Säure-Base-Paare sind: HSO4^- und SO4^^-2 sowie H3O^+ und H2O. Wir kennzeichnen beide konjugierten Säure-Base-Paare in der Reaktionsgleichung: Base B und Säure B, und außerdem Säure A und Base A. Achtet einmal bitte auf das Hydrogensulfat-Ion, das ich jetzt grün unterstreiche. Es wirkt als Base, und zwar in der ersten Dissoziationsstufe. Es kann aber auch als Säure wirken, so wie in der Dissoziationsstufe 2. Schwefelsäure kann 2 Protonen bei der Dissoziation abgeben. Es ist somit eine zweiprotonige Säure. Ein-, zwei- und dreiprotonige Säuren werde ich Euch im Abschnitt 3 vorstellen. 3. Wichtige Säuren und ihre Anionen

Wenn eine Säure HA in der Gasphase dissoziiert, so bilden sich ein positiv geladenes Wasserstoff-Ion H^+ und ein negativ geladenes Säurerest-Ion A^-. Säureteilchen HA und das entsprechende Anion A^- unterscheiden sich nur durch ein einziges Proton, H^+. Daher handelt es sich bei beiden um ein konjugiertes Säure-Base-Paar. Ich möchte nun einige ein, zwei- und dreiprotonige Säuren und die entsprechenden Anionen tabellarisch erfassen. Dabei möchte ich den Namen der Säure, ihre Summenformel, die Strukturformel, die Protonigkeit, das Anion mit Formel, das Anion mit Namen gegenüberstellen. Salzsäure hat die Summenformel HCl, eine Strukturformel wie dargestellt. Die Säure ist einprotonig. Das Anion hat die Formel Cl^- und trägt den Namen "Chlorid".

Salpetersäure hat die Summenformel HNO3, eine Strukturformel wie dargestellt. Salpetersäure ist eine einprotonige Säure. Das Anion hat die Formel NO3^- und trägt den Namen "Nitrat".

Essigsäure hat die Summenformel C2H4O2 und die Strukturformel CH3COOH. Essigsäure ist eine einprotonige Säure. Ihr Anion hat die Formel CH3COO^-. Man nennt es "Acetat-Ion".

Blausäure hat die Summenformel HCN und eine Strukturformel wie dargestellt. Auch bei Blausäure handelt es sich um eine einprotonige Säure. Das Anion der Blausäure hat die Formel CN^-. Es ist das Cyanid-Ion.

Schwefelwasserstoff oder Schwefelwasserstoffsäure hat die Summenformel H2S und eine Strukturformel wie dargestellt. Es handelt sich um eine zweiprotonige Säure. Die Anionen haben die Formeln HS^- und S^^-2. Die Namen lauten "Hydrogensulfid" und "Sulfid".

Schwefelsäure hat die Summenformel H2SO4 und eine Strukturformel wie dargestellt. Es handelt sich um eine zweiprotonige Säure. Die Anionen besitzen die Formeln HSO4^- und SO4^-2. Sie tragen die Namen "Hydrogensulfat" und "Sulfat".

Kohlensäure besitzt die Summenformel H2CO3 und hat eine Strukturformel wie dargestellt. Auch diese Säure ist zweiprotonig. Die Anionen haben die Formeln HCO3^- und CO3^-2. Sie tragen die Namen "Hydrogencarbonat" und "Carbonat".

Oxalsäure hat die Summenformel C2H2O4 und die Strukturformel HOOC-COOH. Auch diese Säure ist eine zweiprotonige Säure. Das Anion hat die Formel -^OOC-COO^-. Der Name dieses Ions heißt "Oxalat-Ion".

Und schließlich Phosphorsäure. Sie hat die Summenformel H3PO4 und eine Strukturformel wie dargestellt. Bei Phosphorsäure handelt es sich um eine dreiprotonige Säure. Die Anionen haben die Formeln H2PO4-, HPO4^-2 und PO4^-3. Die Namen dieser Ionen lauten "Dihydrogenphosphat", "Hydrogenphosphat" und "Phosphat". Mitunter spricht man auch von "Primärphosphat", "Sekundärphosphat" und "Tertiärphosphat". 4. Wasser als Säure

Bei den Dissoziationsgleichgewichten von Säuren hat Wasser immer als Base fungiert. Bei Ammoniak ist das nicht so. Die Teilchen von Ammoniak und Wasser stehen mit den Hydroxid-Ionen und den Ammonium-Ionen im Gleichgewicht. Das erste Säure-Base-Paar besteht aus den Teilchen H2O  und OH^-.  Zum zweiten Säure-Base-Paar gehören die Teilchen NH3^+4, das Ammonium-Ion und NH3, das Ammoniakteilchen. Man kann das Verständnis über das Säureverhalten des Wassers bei einer Reaktion mit Protonenübergang auch erweitern. Allgemein gilt: Ein basisches Teilchen B und Wasser stehen im Gleichgewicht mit dem Hydroxid-Ion OH^- und dem Kation BH^+. Das Wasserteilchen H2O und das Hydroxid-Ion OH^- bilden das erste konjugierte Säure-Base-Paar. Zum zweiten Säure-Base-Paar gehören das Kation BH^+ und die Base B. 5. Ampholyte

Wir haben gelernt, dass das Wasserteilchen auf zwei unterschiedliche Arten mit dem Proton verfahren kann. Zum einen kann es das Proton abgeben. Wie hier nach links. Dann entsteht ein Hydroxid-Ion, und Wasser verhält sich wie eine Säure. Ein Wasserteilchen kann aber auch ein Proton aufnehmen. Dann entsteht das positiv geladene Hydronium-Ion. In einem solchen Fall verhält sich das Wasserteilchen nach der Brönsted-Definition wie eine Base. Analoges Verhalten weist das Hydrogensulfat-Ion auf. Unter Protonabgabe bildet sich das Sulfat-Ion. Somit ist das Hydrogensulfat-Ion eine Säure. Nach erfolgter Protonaufnahme entsteht ein Schwefelsäuremolekül. Somit ist das Hydrogensulfat-Ion auch eine Base. Ein solches Verhalten von Teilchen, sowohl als Säure als auch Base in Abhängigkeit zu den Bedingungen zu fungieren, bezeichnet man als amphother. Wir merken uns: Teilchen mit amphotheren Eigenschaften heißen Ampholyte. Sie können sowohl als Säuren, als auch als Basen wirken. Neben den besprochenen Teilchen H2O und HSO4^- sind auch HS^-, das Hydrogensulfid-Ion, HCO3^-, das Hydrogencarbonat-Ion, H2PO4^-, das Dihydrogenphosphat-Ion und HPO4^ -2, das Hydrogenphoshat-Ion Ampholyte. 6. Zwitterionen

Eine interessante Form ampholytischer Teilchen stellen die Aminosäuren dar. Bekanntlich ist das Gleichgewicht zwischen neutralen Aminosäureteilchen und den Zwitterionen stark in Richtung der letzteren verschoben. Zugabe weiterer Protonen führt zur Herausbildung von Kationen. Geben die Zwitterionen Protonen ab, so bilden sich Anionen. Die Kationen stellen nach Brönsted Säuren dar, während die Anionen Basen sind. Aus diesem Grunde sind Aminosäuren Ampholyte.

1. Zusammenfassung

Nehmen wir an, das Teilchen HA und das Teilchen B stehen im Gleichgewicht mit dem Kation BH^+ und dem Anion A^-. Die Säure B und die Base B sowie die Säure A und die Base A bilden jeweils Säure-Base-Paare. Diese Base-Paare bezeichnet man als "konjugierte Säure-Base-Paare".

Teilchen wie das Wassermolekül haben besondere Eigenschaften. Das Wasserteilchen kann unter Aufnahme eines Protons ein positiv geladenes Hydronium-Ion bilden. In einem solchen Fall verhält es sich nach der Brönsted-Definition für Säuren und Basen als Base. Das Wasserteilchen kann unter geeigneten Bedingungen aber auch ein Proton abgeben. In einem solchen Fall bildet sich das basische Hydroxid-Ion. Nach der Säure-Base-Definition von Brönsted verhält sich das Wasserteilchen hier wie eine Säure. Teilchen, die sowohl sauer als auch basisch reagieren, bezeichnet man als amphoter. Man sagt auch, es handelt sich hier um Ampholyte. Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute. Auf Wiedersehen.