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Stärke von Säuren und Basen
Säurekonstante und Basekonstante. Die pH-Werte gleichkonzentrierter Lösungen verschiedener Säuren oder Basen können unterschiedlich sein. Die Salzsäure ist stärker als die wäßrige Lösung der Essigsäure gleicher Konzentration. Die Natronlauge ist stärker alkalisch als die Ammoniaklösung gleicher Konzentration. In der Salzsäure ist demnach die Konzentration der Hydronium-Ionen größer als in der Essigsäurelösung, in der Natronlauge die Konzentration der Hydroxid-Ionen größer als in der Ammoniaklösung. [...]
Die Konzentration der Hydronium- bzw. der Hydroxid-Ionen werden bei gleichen Ausgangskonzentrationen der Protolyte nur durch das unterschiedliche Ausmaß ihrer Protolyse bestimmt.
Bezugswerte, die den Vergleich der unterschiedlichen Ausmaße der Protolyse ermöglichen, werden erhalten, wenn man verschiedene Säuren jeweils mit derselben Base, verschiedene Basen jeweils mit derselben Säure umsetzt. Als Bezugssäure bietet sich der Ampholyt Wasser an. Die Gleichgewichte der Reaktion einer Säure mit Wasser und einer Base mit Wasser liefern dann die gewünschten vergleichbaren Werte:
Reaktion einer Säure HA mit Wasser
HA + H2O -> H3O+ + A-
Reaktion einer Base B mit Wasser
B + H2O -> OH- + HB+
Liegt das Protolysegleichgewicht weit auf der Seite der Protolyseprodukte, ist der Protolyt stark, im anderen Falle schwach.
Eine quantitative Aussage über die Stärke einer Säure bzw. Base ist möglich, wenn auf diese Protolysegleichgewichte das Massenwirkungsgesetz angewendet wird. Dabei kann die Konzentration des Wassers wegen seines sehr großen Überschusses gegenüber den gelösten Stoffen wieder als konstant angesehen werden. Die Gleichgewichtskonstante für die Reaktion der Säure mit Wasser bezeichnet man als Säurekonstante Ks, die Gleichgewichtskonstante für die Reaktion der Base mit Wasser als Basekonstante Kb. [...]
Protolysekonstanten nehmen Werte über viele Zehnerpotenzen an. Für Vergleiche und Berechnungen ist es vorteilhafter, anstelle der Konstanten die negativen dekadischen Logarithmen ihrer Zahlenwerte zu verwenden. So erhält man den Säureexponenten pKs bzw. den Baseexponenten pKb:
pKs=-lg{Ks} [Ks]=mol/l
pKb=-lg{Ks} [Kb]=mol/l
Die Säureexponenten und Baseexponenten haben bei starken Säuren und Basen kleine Werte, bei schwachen Säuren und Basen große Werte.
Die Säurekonstante Ks bzw. der Säureexponent pKs charakterisieren die Stärke einer Säure, die Basekonstante Kb bzw. die Basekonstante pKb die Stärke einer Base.
Die Stärke der Protolyte läßt sich nach ihren pK-Werten einteilen.
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Grundlage für die Berechnung des pH-Wertes sind die Gleichungen der Säure und Basekonstante. Es müssen die Ausgangskonzentrationen der Säuren c0(HA) bzw. der Basen c0(B) bekannt sein. Der pOH-Wert wird mit pH=14-pOH in den pH-Wert umgerechnet. [...]
pH=-lg{c0(HA)}
-pOH=pH - 14
(aus: »Chemie, Physikalische Chemie, Chemie und Umwelt«, Lehrbuch für Sekundarstufe II Gymnasium, Volk und Wissen Verlag GmbH, 1995)
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