Klassifizierung von Wasser nach Arrhenius, Brønsted, Lewis

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Dissoziation von Säuren

Neutralisation und Salzbildung

Säuren – Reaktionen

Basen – Salzbildung (Übungsvideo)

Säure-Base-Paare und Ampholyte

Bestimmung der konjugierten Säuren und Basen

Klassifizierung von Wasser nach Arrhenius, Brønsted, Lewis

Säuren – Dissoziationsstufen (Übungsvideo)

Neutralisation

Dissoziation und Dissoziationsstufen von Säuren
Klassifizierung von Wasser nach Arrhenius, Brønsted, Lewis Übung
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Beschreibe den Aufbau des Wassermoleküls.
TippsZeichne das Wassermolekül auf einen Zettel und vergleiche es mit den Aussagen.
LösungEin Wassermolekül besteht aus einem Sauerstoffatom, das über je ein bindendes Elektronenpaar mit zwei Wasserstoffatomen verknüpft ist. Hinzu kommt, dass das Sauerstoffatom zwei freie Elektronenpaare besitzt. Das Molekül trägt zwar keine Ladung, ist aber aufgrund der verschiedenen Elektronegativitäten der Atome polar. Damit ist gemeint, dass das Sauerstoffatom die bindenden Elektronenpaare stärker anziehen kann und somit leicht negativ ist und die Wasserstoffatome leicht positiv. Liegen nun mehrere solcher Dipole vor, dann bildet sich wegen der Anziehung entgegengesetzter Ladungen ein Netz.
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Stelle die drei Säure-Base-Konzepte gegenüber.
TippsFormuliere die Definitionen von Säure und Base der Konzepte aus und vergleiche sie mit den Darstellungen.
Schreibe ein Beispiel für jedes Konzept auf.
LösungNach Arrhenius dissoziiert eine Säure in ein Proton sowie in ein Säurerestion und eine Base in ein positiv geladenes Metallion sowie in ein Hydroxidion. Reagiert eine Säure mit einer Base, dann liegt eine Neutralisation vor, bei der Wasser entsteht.
Broensted definiert eine Säure als Protonendonator und eine Base als Protonenakzeptor. Wasser kann sowohl ein Proton abgeben und dabei ein Hydroxidion bilden, als auch ein Proton aufnehmen und ein Oxoniumion bilden, weshalb es als ampholytisch bezeichnet wird.
Lewis gibt an, dass Säuren Elektronenpaare aufnehmen und Basen diese abgeben. Dementsprechend ist Wasser nur basisch, da es ein freies Elektronenpaar des Sauerstoffs zur Verfügung stellen kann.
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Vervollständige die Neutralisationsreaktionen und benenne die Stoffe.
TippsCalciumionen sind zweiwertig.
Um richtig auszugleichen, muss die Anzahl der jeweiligen Atome auf beiden Seiten des Reaktionspfeils gleich sein.
LösungNeutralisationsreaktionen lassen sich mit dem Konzept von Arrhenius erklären. Die Base ist dabei deutlich erkennbar am Hydroxidion $(OH^-)$ und die Säure am Proton $(H^+)$. Daraus bildet sich dann das Wassermolekül. Wasser ist also nach Definition von Arrhenius neutral.
Bei Reaktion 1 sollen ein Mol $KI$ (Kaliumiodid) und ein Mol $H_2O$ entstehen. Dazu reagiert die Base Kaliumhydroxid $(KOH)$ mit der Säure $HI$ (Iodwasserstoff).
Als Zweites sollen die Base Calciumhydroxid $(Ca(OH)_2)$ und Salzsäure reagieren. Da das Calciumion zweifach positiv geladen ist, geht es Bindungen mit zwei Chloridionen ein und bildet so das Salz Calciumchlorid $(CaCl_2)$. Durch Auszählen der Atome ergibt sich, dass auf der Seite der Produkte noch vier Wasserstoffatome und zwei Sauerstoffatome fehlen. Sie bilden Wasser $(2~H_2O)$.
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Entscheide, ob nach Broensted folgende Verbindungen sauer oder basisch sind.
TippsBasen nehmen das abgegebene Proton der Säure auf.
LösungDie Phosphorsäure zählt zu den mehrprotonigen Säuren. Zwei ihrer Anionen können abhängig vom Säurecharakter des Reaktionspartners als Base oder Säure wirken. Liegt ein Reaktionspartner vor, der starke Säureeigenschaften vorweist, dann nimmt das Hydrogenphosphat-Anion das abgegebene Proton dieser Säure auf und wird zum Dihydrogenphosphat-Anion. Dieses ist immer noch einfach negativ geladen und kann somit ein weiteres Proton aufnehmen. Liegt jedoch ein Reaktionspartner vor, der basisch reagiert, dann gibt das Anion sein Proton ab und hat somit eine Säure-Funktion. Das so gebildete Phosphat-Anion ist dreifach negativ geladen und trägt keine weiteren Protonen. Somit kann es nur noch eine Basen-Funktion vorweisen und bis zu drei Protonen bei der Reaktion mit einer Säure aufnehmen.
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Wiederhole die Reaktion von Wasser mit den entsprechenden Verbindungen.
TippsDie Reaktionen lassen sich den Konzepten von Broensted oder Lewis zuordnen.
LösungDie Reaktionen von Salzsäure und Ammoniak mit Wasser lassen sich dem Konzept von Broensted zuordnen, da hier ein Protonenübergang stattfindet. Die Salzsäure gibt ihr Proton ab, welches vom Wasser aufgenommen wird. Somit bilden sich ein Chlorid-Ion und ein Oxonium-Ion. Bei der zweiten Reaktion reagiert Wasser als Säure und gibt ein Proton an Ammoniak ab. Es bilden sich ein Hydroxid-Ion und ein Ammonium-Ion. Anhand von diesen beiden Reaktionen wird der amphotere Charakter von Wasser deutlich.
Die anderen beiden Reaktionen sind in das Konzept von Lewis einzuordnen. Wasser stellt als Base ein freies Elektronenpaar zur Verfügung, mit dem das Lithium-Ion reagieren kann. Die positive Ladung trägt nun das Sauerstoffatom. Mit einem Fluorid-Ion hingegen kann Wasser nicht reagieren. Grund dafür ist, dass beide Reaktionspartner Basen sind, d.h., beide könnten ein Elektronenpaar für die Reaktion zur Verfügung stellen.
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Bestimme die Einteilung der Ionen nach Broensted in die vorgegebenen Gruppen.
TippsKationen sind wie Protonen positiv geladen.
Ampholyte können sowohl Protonen abgeben als auch aufnehmen.
LösungBroensted hat Säuren als Protonendonatoren und Basen als Protonenakzeptoren beschrieben. Dementsprechend lassen sich die Ionen und Moleküle wie folgt zuordnen:
- Neutralsäuren (Protonendonatoren; keine Ladung): Cyanwasserstoff, Schwefelsäure, Fluorwasserstoff
- Kationsäuren (Protonendonatoren, positiv geladen): Ammonium-Ion, Oxonium-Ion, das Komplexion Hexaquaferrat(III)-Ion
- Anionbasen (Protonenakzeptoren, negativ geladen): Cyanid-Anion
- Ampholyte (Protonendonator & -akzeptor, Ladung möglich): Hydrogencarbonat-Anion, Hydrogenphosphat-Anion, Hydrogensulfat-Anion.
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