Warum wird eigentlich beim Ionenprodukt oder dissoziationskonstante die konzentration vom Anion und Kation mit eingerechnet?

1 Antwort

Das Massenwirkungsgesetz gilt immer, auch in beliebig kompliziert zusammen­gesetzte Systemen.

In der einfachen Lösung einer einbasigen Säure gilt tatsächlich c(H₃O⁺)=c(A⁻), zumin­dest solange alle Konzentrationen deutlich größer als 10⁻⁷ mol/l sind (sonst spielen ja auch noch die H₃O⁺-Ionen aus der Autoprotolyse des Wassers eine Rolle). Aber was ist, wenn Du zur Säure NaOH (oder, weitgehend äquivalent, das Salz Na⁺A⁻) zugibst? Dann hast Du plötzlich mehr A⁻ als H₃O⁺, möglicherweise sogar sehr viel mehr. Du kannst Dir aber auch z.B. eine Mischung von mehreren Säuren vorstellen, dann gibt es mehr H₃O⁺ als jedes einzelne Anion. Oder eine mehrbasige Säure wie H₂SO₄, da hast Du dann H₃O⁺, HSO₄⁻ und SO₄²⁻ in verschiedenen Konzentrationen.

Mit dem Massenwirkungsgesetz kannst Du jede dieser Suppen berechnen, es ist aber ein Stück komplizierter als im einfachen Fall einer einbasigen Säure ganz allein in der Lösung.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Chemiestudium mit Diss über Quanten­chemie und Thermodynamik
Cojo56 
Fragesteller
 25.04.2023, 20:22

Wenn ich aber mehrere Säuren in meinem System habe, dann muss doch rechnerisch trotzdem unterschieden werden welche H3O+ zu welcher Säure gehören oder nicht? Klar, wenn ich zu meiner Säure jetzt irgendeine Nase dazugebe dann sinkt die H+ konzentration, jedoch sagt diese verminderte konzentration dann ja nichts mehr über den dissozziationsgrad aus, immerhin sind sie ja trotzdem vorher schon dissoziiert auch wenn sie dann nicht mehr vorliegen sondern OH- zu Wasser proponierte wurde.

0
indiachinacook  25.04.2023, 20:40
@Cojo56

Deine Nase ist alkalisch? ☺

Wenn Du mehrere Säuren HA₁, HA₂, HA₃ etc. in der Suppe hast, dann gilt K₁=c(H₃O⁺)⋅c(A₁⁻)/c(HA₁) und K₂=c(H₃O⁺)⋅c(A₂⁻)/c(HA₂) etc. Dabei ist c(H₃O⁺) im­mer die­selbe Zahl, nämlich die Gesamtkonzentration von H₃O⁺, summiert über alle Quel­len, die H₃O⁺ liefern können (dazu gehört im Prinzip auch H₂O via Auto­proto­lyse).

Wenn Du Base zu einer Säure HA dazugibst (maximal soviel, wie Säure im System ist), dann gilt das MWG immer noch unverändert. Im Fall von NaOH als Base tau­chen zwar die Na⁺-Ionen nicht im MWG auf, aber spielen trotzdem eine Rolle in der Stöchiometrie bzw. Ladungsbilanz. Für kleine Basenmengen gilt grob c(Na⁺)+c(H₃O⁺)=c(A⁻). Mit dieser zu­sätz­lichen Gleichung kannst Du dann ins MWG einsetzen und c(H₃O⁺) bzw. den pH ausrechnen.

1
Cojo56 
Fragesteller
 25.04.2023, 20:49
@indiachinacook

Aaah das habe ich nicht beachtet, also sagst du das angenommen wir haben eine gleichgewichtskonstante K1 von einer einzigen Säure(1). Jetzt haben wir in einem System mehrere Säuren, unteranderem wieder Säure(1). Auch wenn [H+] nun einen höheren Wert hat (durch die anderen Säuren) bleibt K1 unverändert weil nun eben proportional weniger A- von Säure(1) dissoziiert wegen MWG?

0
indiachinacook  25.04.2023, 20:58
@Cojo56

Klar, die Gleichgewichtskonstante ist konstant (naja, sie hängt von der Tempera­tur ab und auch theoretisch vom Druck) und hängt nicht von der Zusammen­setzung der Lösung ab. Wenn alle an­wesen­den Säuren H₃O⁺ produzieren, dann ist die resultierende H₃O⁺-Konz­en­tra­tion in der Mischung größer als das, was jede ein­zel­ne Säure einzeln liefern würde, aber kleiner als die Summe von all diesen hypo­the­ti­schen Einzel­bei­trä­gen (d.h., jede Säure dissoziiert in der Mischung weni­ger als wenn sie allein wäre).

Das ist verständlich über das Le-Chatelier-Prinzip: Dadurch, daß jede Säure mit den H₃O⁺-Ionen der anderen Säuren konfrontiert ist, kann sie selbst weniger dis­sozi­ieren als wenn sie allein wäre. Das Le-Chatelier-Prinzip ist aber nur qualitativ, mit dem MWG kannst Du das aber präzise ausrechnen.

1
Cojo56 
Fragesteller
 25.04.2023, 21:03
@indiachinacook

Na dann ist es klar warum es als Produkt definiert wurde, sonst könnte es nicht konstant bleiben und praktisch könnte man ja bei Messungen auch garnicht unterscheiden welche hydronium Ionen in einem mehrsäurensystem zu welcher Säure gehören. Danke :-)

0