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Säure-Base-Paare und Ampholyte

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Die Autor*innen
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André Otto
Säure-Base-Paare und Ampholyte
lernst du in der 9. Klasse - 10. Klasse

Säure-Base-Paare und Ampholyte Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Säure-Base-Paare und Ampholyte kannst du es wiederholen und üben.
  • Tipps

    Säuren sind Protonendonatoren. Sie geben also Protonen ab.

    Nach Abgabe eines Protons wird die Säure 1 zu Base 1.

    Lösung

    Nach Brönsteds Theorie sind Säuren Protonendonatoren und Basen Protonenakzeptoren.

    Geben Säuren in einer Reaktion ein Proton ab, reagieren sie zu ihrer korrespondierenden Base (auch konjugierte Base genannt). Diese Base ist als Protonenakzeptor in der Lage, Protonen aufzunehmen.

    Zwischen Säure und korrespondierender Base stellt sich nun ein Gleichgewicht ein. Auf welcher Seite dieses Gleichgewicht liegt, hängt von der Stärke der Säure ab. Je stärker eine Säure ist, desto stärker protolysiert sie. D.h. in einer starken Säure geben nahezu alle Moleküle ihre Protonen ab. Demnach liegt bei einer starken Säure das Gleichgewicht auf Seiten ihrer korrespondierenden Base.

  • Tipps

    Die Protonigkeit entspricht der Anzahl der Protonen, welche die Säure besitzt.

    Lösung

    Bei Salpetersäure ($HNO_3$) und Essigsäure ($CH_3COOH$) handelt es sich um einprotonige Säuren. Schwefelwasserstoff ($H_2S$) ist eine zweiprotonige Säure und die Phosphorsäure ($H_3PO_4$) sogar eine dreiprotonige Säure.

    Geben einprotonige Säuren ($HCl$) ihr Proton ab, so bleibt ein einfach negativ geladenes Ion ($Cl^-$) übrig. Zweiprotonige Säuren ($H_2CO_3$) besitzen ein zweifach negativ geladenes Anion (${CO_3}^{2-}$) und dreiprotonige Säuren ($H_3PO_4$) ein dreifach negativ geladenes Anion (${PO_4}^{3-}$). So kannst du dir über die Summenformel der Säure immer die Ladung des Säurerest-Ions merken.

    Zu beachten ist allerdings, dass die Protonigkeit kein Maß für die Stärke oder Gefährlichkeit einer Säure ist. Schwefelwasserstoff zum Beispiel ist eine schwache Säure. Sie ist allerdings giftig, da das Sulfid-Ion, das Hämoglobin, im Blut am Sauerstofftransport hindert.

  • Tipps

    Säuren sind Protonendonatoren.

    $HCl$ ist eine einprotonige Säure. Das Säurerest-Ion $Cl^-$ ist einfach negativ geladen. Welche Ladung hat das Säurerest-Ion der Phosphorsäure?

    Lösung

    Annähernd jeder Mensch hat schon einmal Phosphorsäure zu sich genommen, nämlich in Form von Cola. Sie wird diesem Erfrischungsgetränk in geringer Menge zugesetzt.

    Phosphorsäure ist also nicht so gefährlich wie man vielleicht denken würde. Viele Protonen bedeuten nicht automatisch, dass es sich um eine sehr starke, und damit gefährliche, Säure handelt. Die Phosphorsäure ($H_3PO_4$) ist noch eine starke Säure. Die Säurestärke der folgenden Protolysestufen sinkt jedoch rapide. So ist das Dihydrogenphorphat ${H_2PO_4}^-$ nur noch mittelstark und Hydrogenphosphat ${HPO_4}^{2-}$ ist bereits eine schwache Säure.

    Phosphorsäure spielt auch in der Natur eine große Rolle. So besteht zum Beispiel die DNS zu großen Teilen aus Phosphaten und auch die Energie in unseren Zellen wird aus der Abspaltung von Phosphat-Resten gewonnen.

  • Tipps

    Ammoniak ist eine Base.

    Säuren und Basen reagieren unter Salzbildung.

    Lösung

    Führt man den Versuch durch und gießt dabei eine Ammoniak-Lösung in eine Oxalsäure-Lösung, so wird man beobachten, dass sich ein Niederschlag bildet. Das schwer lösliche Salz Ammoniumoxalat ist ausgefallen. Vollständig läuft die Reaktion wie folgt ab:

    $2~NH_3~+~HOOC-COOH~\rightarrow~(NH_4)_2OOC-COO \downarrow$

    Bei der Oxalsäure handelt es sich um eine organische Dicarbonsäure. Sie kann also bis zu zwei Protonen abgeben. Dabei ist die erste Protolysestufe stärker sauer als die zweite. Zu finden ist Oxalsäure im Rhabarber, sie verleiht ihm seinen sauren Geschmack.

  • Tipps

    Ampholyte (amphotere Verbindungen) können als Säure und Base reagieren.

    Säuren sind Protonendonatoren und Basen Protonenakzeptoren.

    Lösung

    $H_2B^+~+~~HO^-~\rightleftarrows~HB+~H_2O~\rightleftarrows~B^{-}~+~H_3O^+$

    In der Reaktionsgleichung ist zu sehen, wie die Verbindung $HB$ mit $H_2O$ reagieren kann.

    Die Verbindung $HB$ ist in der Lage, ein Proton aufzunehmen (links) oder ein Proton abzugeben (rechts). Diese Eigenschaft macht es zu einem Ampholyt. In welche Richtung die Reaktion läuft, ist jedoch vom jeweiligen Reaktionspartner abhängig. Eine starke Base begünstigt die Abgabe eines Protons und eine starke Säure die Aufnahme. Die Reaktionsrichtung ist also abhängig von den $pK_S$ der Reaktionsteilnehmer.

    Ein amphoteres Verhalten ist auch nur möglich, wenn überhaupt mindestens ein Proton vorhanden ist. Ansonsten kann die Verbindung nur Protonen aufnehmen.

  • Tipps

    Aminosäuren besitzen eine saure und eine basische Gruppe.

    Bei einem niedrigen pH-Wert liegen viele $H_3O^+$ vor. Diese sind selbst eine Säure und damit ein Protonendonator.

    Lösung

    Die vorliegende Form von Aminosäuren hängt stark vom pH-Wert ab. Zu welchen Teilen die einzelnen Formen bei welchem pH-Wert vorliegen, kann mittels eines Experiments bestimmt werden.

    Das Trägermedium hat einen bestimmten pH-Wert (z.B.: 7). Gelb sind die kationischen Aminosäuren dargestellt, rot die anionischen und violett die zwitterionischen Aminosäuren.

    Die Apparatur wird an eine Spannungsquelle angeschlossen. Nachdem der Strom nach einiger Zeit abgestellt wird, kann man erkennen, dass sich einige Moleküle zum Pluspol, andere zum Minuspol und einige gar nicht bewegt hatten.

    Es wirkt hier die Coulombsche Anziehungskraft. Diese wirkt immer zwischen entgegengesetzten Ladungen. Die kationische Form bewegt sich demnach in Richtung Minuspol und die anionische Form in Richtung Pluspol. Liegt die Aminosäure aber als Zwitterion vor, heben sich die beiden Kräfte auf. Das Resultat ist, dass sich die zwitterionische Aminosäure nicht bewegt.

    So kann festgestellt werden, in welcher Menge die einzelnen Formen bei den untersuchten pH-Werten vorliegen.

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