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Klassifizierung von Wasser nach Arrhenius, Brønsted, Lewis 14:45 min

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Transkript Klassifizierung von Wasser nach Arrhenius, Brønsted, Lewis

Klassifizierung von Wasser nach Arrhenius, Brønsted, Lewis Hallo und ganz herzliche Willkommen. Das Video heißt: Klassifizierung von Wasser nach Arrhenius, Brønsted, Lewis. Du kennst bereits Säuren und Basen nach Arrhenius, Brønsted, Lewis. Nachher kannst Du Wasser nach den drei Konzepten klassifizieren. Und die Ergebnisse mit Beispielen belegen. Wir werden Ionen treffen, das Wassermolekül. Wir werden freie Elektronenpaare treffen. Dargestellt werden sie bei uns als Strich. Und außerdem freie Orbitale, die Elektronenpaare aufnehmen können. Bei diesem Video verwenden wir ein Generalkonzept. In manchen Schulen, wir haben jetzt 2013, ist es den Schülerinnen und Schülern gut bekannt. Statt des flüssigen Wassers verwenden wir bei unseren Überlegungen einzelne Wassermoleküle als Teilchen. Den Namen dafür kennt Ihr. Wir verwenden das Teilchenmodell. Betrachten wir zunächst Säuren und Basen nach Arrhenius: Er entwickelte seine Theorie 1887. Säuren sind Verbindungen, die in wässriger Lösung in positiv geladene Wasserstoffionen und negativ geladene Säurerestionen dissoziieren. Ein Beispiel: HCL, Chlorwasserstoff, dissoziiert in wässriger Lösung in “ein“ positiv geladenes Wasserstoffion und in “ein“ negativ geladenes Chloridion. Das Säurerestion. Basen sind Verbindungen, die in wässriger Lösung in positiv geladene Metallionen und negativ geladene Hydroxidionen dissoziieren. Ein Beispiel: Natriumhydroxid, NaOH, dissoziiert in wässriger Lösung in “ein“ positiv geladenes Natriumion und in “ein“ negativ geladenes Hydroxidion. Uns geht es hier um das Wassermolekül. Wir lassen jetzt einmal die Säure und die Base von oben in undissoziierter Form miteinander reagieren. HCl plus NaOH reagieren zu NaCl plus H zwei O. Chlorwasserstoff und Natirumhydroxid reagieren zu Natriumchlorid und Wasser. Säure plus Base reagieren zu Salz plus Wasser. Diese Reaktion zwischen Säure und Base bezeichnet man als Neutralisation. Wasser ist, hm? Richtig. Neutral. Es gibt auch die Dissoziation von Wasser. In sehr geringen Mengen dissoziieren Wasserteilchen in Wasserstoffionen und Hydroxidionen. H plus, das Wasserstoffion, zeigt uns eine Säure an. OH minus, das Hydroxidion, eine Base. Die Reaktion von rechts nach links haben wir oben kennen gelernt, sie heißt Neutralisation. Daher ist Wasser-. Richtig, neutral. Kommen wir nun zu den Säuren und Basen nach Brønsted. Er entwickelte seine Theorie 1923. Säuren sind Protonendonatoren, sie geben Protonen ab. Basen sind Protonenakzeptoren, sie nehmen Protonen auf. Ein Beispiel für eine Säure ist das Hydrogencarbonation. Es dissoziiert in ein Proton. Das sind ein Wasserstoffion und ein Carbonation. CO drei zwei Minus. Ein Beispiel für eine Brønsted Base ist Ammoniak. Ein Ammoniakmolekül NH drei nimmt ein Proton H plus, das ist ein Wasserstoffion, auf. Und es bildet sich ein Ammoniumion. NH vier Plus. Wir wollen mit dem Wassermolekül etwas üben. Aus einem Wassermolekül entstehen ein Wasserstoffion und ein Hydroxidion. Das Wasserteilchen ist ein Protonendonator, daher eine Säure. Ein Wasserteilchen H zwei O kann aber auch ein Proton aufnehmen. Es bildet sich ein Teilchen H drei O Plus. Hier ist das Wassermolekül ein Protonenakzeptor, also eine Base. Das Wassermolekül reagiert wie eine Säure oder wie eine Base. Man sagt auch, das Wassermolekül reagiert ampholytisch. Bei der zweiten Reaktion hat sich das Ion H drei O Plus gebildet. Man nennt es Oxoniumion. In der Schule seltener wird es Hydroniumion genannt. Und nun wollen wir etwas üben. Läuft die Reaktion ab? HCl plus HNO drei. Offensichtlich nicht. Habt Ihr die beiden Teilchen erkannt? Richtig. Es sind Moleküle des Chlorwasserstoffs und der Salpetersäure. Es handelt sich um zwei Säuren. Da kann keine Reaktion nach Brønsted stattfinden. Läuft die Reaktion ab? H zwei O plus HCl? Natürlich. HCl ist eine Säure. Es kommt zu einer Protonenübertragung von HCl zu H zwei O. Warum ist das so? HCl, Chlorwasserstoff, ist eine Säure. HCl ergibt in Wasser Salzsäure. Das Wasserteilchen H zwei O ist ampholytisch. Hier wirkt es als Base, nimmt das Proton auf. Dadurch bildet sich H drei O Plus. Und außerdem entsteht ein Chloridion Cl Minus. Läuft die Reaktion ab? H zwei O plus NH drei. Seltsam nicht? Ja. Die Reaktion läuft ab. Hier wirkt das Wasserteilchen als Protonenspender. Und das Ammoniakmolekül NH drei nimmt das Proton auf. Durch die Aufnahme des Protons durch NH drei bildet sich das Ion NH vier Plus. Und außerdem entsteht das Hydroxidion OH Minus. Das Wassermolekül wirkt hier als Säure. Das Ammoniakmolekül als Base. Das Ion NH vier Plus heißt Ammoniumion. Kommen wir nun zu den Säuren und Basen nach Lewis. Lewis entwickelte seine Säure Base Theorie um 1923. Säuren nehmen bei einer chemischen Reaktion ein Elektronenpaar auf. Basen geben bei einer chemischen Reaktion ein Elektronenpaar ab. Als Beispiel nehmen wir wieder ein Wassermolekül. Diesmal mit allen Elektronen. Den beiden Bindungselektronenpaaren zwischen den Wasserstoffatomen und dem Sauerstoffatom. Und den beiden nicht bindenden Elektronenpaaren am Sauerstoffatom. Wasser ist in unserem Beispiel eine Base. Das Wassermolekül stellt ein nichtbindendes Elektronenpaar des Sauerstoffatoms bei der chemischen Reaktion zur Verfügung. Der zweite Reaktionspartner ist ein Wasserstoffatom, ein Proton, H Plus. Das Proton wirkt bei der Reaktion wie eine Säure. Es kann nämlich bei der Reaktion ein Elektronenpaar aufnehmen. Selbst besitzt das Wasserstoffion keine Elektronen. Mit grün wird dieser Elektronenübergang gekennzeichnet. Es entsteht ein Ion. Das im Zentrum ein Sauerstoffatom hat. Das eine positive Ladung trägt und gleichzeitig ein freies Elektronenpaar, lila gekennzeichnet, besitzt. Dieses Teilchen ist ein guter Bekannter. Das Oxoniumion. Und nun wollen wir noch etwas üben. Läuft die Reaktion ab? Ein Ammoniakmolekül reagiert mit einem Molekül BF drei. Bortrifluorid. Ja. Die Reaktion läuft ab. Am Stickstoffatom des Ammoniakmoleküls befindet sich noch ein freies, nicht bindendes Elektronenpaar. Ammoniak steht nämlich in der fünften Hauptgruppe des PSE. Das Boratom des BF drei hat kein nicht bindendes Elektronenpaar. Bor steht nämlich in der dritten Hauptgruppe des PSE. Es kommt zu einer Übertragung des Elektronenpaars. Zwischen beiden Teilchen bildet sich eine chemische Bindung heraus. Das Ammoniakmolekül ist hier die Base. Es liefert das Elektronenpaar. Das Bortrifluoridmolekül ist die Säure. Es nimmt das Elektronenpaar auf. Das Reaktionsprodukt trägt nun eine positive Ladung am Stickstoffatom. Und eine negative Ladung am Boratom. Wir nennen es einfach Addukt. Läuft die Reaktion ab? Ein Wassermolekül reagiert mit einem Lithiumion. Selbstverständlich. Ja, die Reaktion läuft ab. Um das zu verstehen, müssen wir das Wasserteilchen mit seinen Elektronen zeichnen. Von Bedeutung sind hier die nicht bindenden Elektronenpaare am Sauerstoffatom. Es kommt zu einer Elektronenübertragung wie bei der Reaktion mit dem Proton. Das Reaktionsprodukt erinnert etwas an das Oxoniumion. Das Wasserteilchen ist wieder die Base. Es liefert das Elektronenpaar. Das Lithiumion die Säure. Es nimmt das Elektronenpaar auf. Läuft die Reaktion ab? Ein Wasserteilchen H zwei O reagiert mit einem Fluoridion F Minus. Das Wassermolekül hat nicht bindende Elektronenpaare. Es ist damit eine Base. Das Fluoridion hat eine abgeschlossene Elektronenkonfiguration. Es hat acht Außenelektronen. Kann keine Elektronen mehr aufnehmen. Es ist ebenfalls eine Lewis Base. Zwischen Base und Base kann nach Lewis keine Reaktion stattfinden. Das geht nur zwischen Säure und Base. Und nicht zwischen zwei Basen. Achtung. Ich meine hier “nur“ die Reaktion nach Lewis. Nicht irgendeine Wechselwirkung zwischen den beiden Teilchen. Fassen wir zusammen: Wir haben das Wassermolekül. Wir wollen es nun nach Arrhenius, Brønsted und Lewis nach den Beispielen Klassifizieren. Nach Arrhenius liefern Säuren Wasserstoffionen. Basen Hydroxidionen. Nach Brønsted liefern Säuren Wasserstoffionen. Basen nehmen Wasserstoffionen auf. Das Hydroxidion wird nach Brønsted überhaupt nicht erwähnt. Nach Lewis liefen Basen Elektronenpaare bei chemischen Reaktionen. Säuren nehmen Elektronenpaare auf. Das kann man sich als Elektronenübertragung vorstellen. Für die Vorstellung nach Lewis braucht man weder ein Hydroxidion noch ein Wasserstoffion. Da nach Arrhenius ein Wassermolekül sowohl ein Wasserstoffion als auch ein Hydroxidion bildet, bezeichnet man dieses Teilchen als neutral. Nach Brønsted kann das Wassermolekül sowohl als Säure, als auch Base wirken. Daher nennt man das Wassermolekül ampholytisch. Ist nun das Modell nach Lewis das Beste? Und in jedem Fall umfassendste? Nicht unbedingt. Ein Wassermolekül wirkt hier immer nur basisch. Das war ein weiterer Film von Andre Otto. Ich wünsche Euch alles Gute und viel Erfolg. Tschüss.

2 Kommentare
  1. ----> Redaktion,Technik

    Von André Otto, vor mehr als 4 Jahren
  2. Hallo, ab ca. 5.5 min. passt der Videodreh nicht mehr zum gesprochenden Text....

    Von Amanda G., vor mehr als 4 Jahren

Klassifizierung von Wasser nach Arrhenius, Brønsted, Lewis Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Klassifizierung von Wasser nach Arrhenius, Brønsted, Lewis kannst du es wiederholen und üben.

  • Beschreibe den Aufbau des Wassermoleküls.

    Tipps

    Zeichne das Wassermolekül auf einen Zettel und vergleiche es mit den Aussagen.

    Lösung

    Ein 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.

  • Wiederhole die Reaktion von Wasser mit den entsprechenden Verbindungen.

    Tipps

    Die Reaktionen lassen sich den Konzepten von Broensted oder Lewis zuordnen.

    Lösung

    Die 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.

  • Stelle die drei Säure-Base-Konzepte gegenüber.

    Tipps

    Formuliere die Definitionen von Säure und Base der Konzepte aus und vergleiche sie mit den Darstellungen.

    Schreibe ein Beispiel für jedes Konzept auf.

    Lösung

    Nach 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.

  • Bestimme die Einteilung der Ionen nach Broensted in die vorgegebenen Gruppen.

    Tipps

    Kationen sind wie Protonen positiv geladen.

    Ampholyte können sowohl Protonen abgeben als auch aufnehmen.

    Lösung

    Broensted 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.
  • Vervollständige die Neutralisationsreaktionen und benenne die Stoffe.

    Tipps

    Calciumionen sind zweiwertig.

    Um richtig auszugleichen, muss die Anzahl der jeweiligen Atome auf beiden Seiten des Reaktionspfeils gleich sein.

    Lösung

    Neutralisationsreaktionen 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 $(2~H_2O)$.

  • Entscheide, ob nach Broensted folgende Verbindungen sauer oder basisch sind.

    Tipps

    Basen nehmen das abgegebene Proton der Säure auf.

    Lösung

    Die 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.