Was genau sind mehrprotonige Säuren?

Habe hier einen guten Einführungsartikel in die mehrprotonigen Säuren, der liest sich ganz gut. Hab den Inhalt nochmal reinkopiert, da es mit dem Link Schwierigkeiten gibt.

Unter dem Stichwort bei Google: Was sind mehrprotonige Säuren habe ich den Artikel gefunden.

bei https://www.leifichemie.de/ = oben die ersten 2 Abstracts

Das Wichtigste auf einen Blick:

• Mehrprotonige Säuren können in Säure-Base-Reaktionen mehr als ein Proton abgeben.
• Jede Säure hat so viele 
• pKS
• -Werte, wie sie Protonen abgeben kann.
• Bei der Titration kannst du so viele Äquivalenzpunkte erkennen, wie die Säure Protonen abgeben kann.
• Protonen, die in Säure-Base-Reaktionen abgegeben werden, nennst du acide Protonen.

Salzsäure

Synonyme: Hydrogenchlorid-Lösung, Salzsäure-Lösung

Die Säure "Hydrogenchlorid (HCl

)" in Wasser gelöst. Dabei reagieren die Hydrogenchlorid-Moleküle mit den Wassermolekülen zu Chlorid-Ionen und Oxonium-Ionen.

 und Schwefelsäure sind sehr starke Säuren und geben in wässriger Lösung

Lösunghomogenes Gemisch aus mindestens einem gelösten Stoff und einem Lösungsmittel

 fast vollständig ihre Protonen

Protonen

Synonyme: Proton

Wasserstoff-Kation, bzw. positiv geladenes Kernteilchen

ab. Die Säurerest-Ionen der Salzsäure (Chlorid-Ionen) können nicht weiter als Brönsted-Säuren reagieren, weil sie keine weiteren Protonen abgeben können. Die Säurerest-Ionen der Schwefelsäure (Hydrogensulfat-Ionen) haben jedoch noch Protonen, die sie in Säure-Base Reaktionen abgeben können. Hydrogensulfat ist zwar auch noch eine starke Säure

SäureEin Stoff, der mit Wasser zu einer sauren Lösung reagiert.

, aber nicht mehr so stark

stark

Synonyme: robust

stabil

 wie die Schwefelsäure.

Die Besonderheiten von Säuren, die mehr als ein Proton abgeben können, stellen wir dir in diesem Artikel vor.

Wie du weißt, geben Brönsted-Säuren an Brönsted-Basen Protonen ab. Meist haben wir in dem Themenbereich der Säuren und Basen einprotonige Säuren, wie Salzsäure, betrachtet. Salzsäure und Wasser reagieren beispielsweise zu Chlorid-Ionen und Oxonium-Ionen

Oxonium-Ionen

Synonyme: Hydronium-Ionen, Hydroxonium, Oxidanium

protoniertes Wassermolekül; 

H3O+

-Ion

HCl+H2O↽−−⇀Cl−+H3O+

Es gibt auch Säure-Moleküle, die mehrere Protonen haben und diese Protonen in einer Säure-Base-Reaktion abgegeben können. Schwefelsäure-Moleküle (Dihydrogensulfat, (

H2SO4

)) sind in der Lage, ihre beiden Protonen abzugeben (Abb. 1). Wenn Schwefelsäure mit Wasser reagiert, dann entstehen im ersten Schritt Hydrogensulfat- und Oxonium-Ionen.

H2SO4+H2O↽−−⇀HSO4−+H3O+

Im zweiten Schritt reagieren Hydrogensulfat-Ionen und Wasser zu Sulfat- und Oxonium-Ionen.

HSO4−+H2O↽−−⇀SO42−+H3O+

Je nach Anzahl der Protonen, die ein Säure-Molekül abgeben kann, unterscheidest du einprotonige von zwei- oder dreiprotonigen bzw. mehrprotonigen Brönsted-Säuren.

Abb. 2 Dissoziationsdiagramm Schwefelsäure

Mehrprotonige Säuren haben genau so viele 

pKS

-Werte, wie sie in Säure-Base-Reaktionen Protonen abgeben können. Der 

pKS

-Wert entspricht dem pH-Wert, an dem die jeweilige Säure-Base-Reaktion im Gleichgewicht ist.

Von Schwefelsäure sind die 

pKS

-Werte die folgenden:

pKS1 (H2SO4)=−3

pKS2 (HSO4−)=1,9

Welche Reaktionen stattfinden und welche Konzentrationen der unterschiedlichen Teilchen in der Lösung vorhanden sind, ist abhängig von dem pH-Wert der Lösung. Du kannst in Abbildung 2 sehen, dass mit zunehmendem pH-Wert der Anteil der Schwefelsäure-Moleküle in der Lösung abnimmt. Gleichzeitig steigt der Anteil der Hydrogensulfat-Ionen. Bei einem pH-Wert von -3 treffen sich die ersten beiden Graphen. An dieser Stelle sind genauso viele Schwefelsäure-Moleküle wie Hydrogensulfat-Ionen in der Lösung vorhanden. Ab etwa einem pH-Wert von -1 sinkt der Anteil der Hydrogensulfat-Ionen in der Lösung. Der Anteil der Sulfat-Ionen steigt. Bei einem pH-Wert von 1,9 treffen sich die letzten beiden Graphen. An dieser Stelle sind genauso viele Hydrogensulfat- wie Sulfat-Ionen in der Lösung vorhanden.

Zudem kannst du anhand der 

pKS

-Werte erkennen, dass Schwefelsäure eine stärkere Säure als Hydrogensulfat ist. Das erste Proton wird leichter abgegeben als das zweite. Das liegt an der Stabilisierung des jeweilig deprotonierten Ions. 

Wenn du mit mehrprotonigen sauren Lösungen eine Titration durchführst, sehen die Titrationskurven anders aus, als du von dem Artikel zur Titration kennengelernt hast. In unserem Versuch verwenden wir eine Phosphorsäure-Lösung (

0,1moll

) als Probelösung und eine Natronlauge

Natronlauge

Synonyme: Natriumhydroxid-Lösung

Natriumhydroxid (NaOH

) in Wasser gelöst

 (

0,3moll

) als Maßlösung (Abb. 3.1). Wir messen mit einem pH-Sensor den pH-Wert pro Milliliter hinzugegebener Maßlösung.

Du kannst beobachten, dass der pH-Wert dreimal springt (Abb. 3.2). Da Phosphorsäure eine dreiprotonige Säure ist (Abb. 3), gibt es auch drei Äquivalenzpunkte. An den Äquivalenzpunkten liegen die Oxonium- und Hydroxid-Ionen

Hydroxid-Ionendeprotoniertes Wassermolekül, (

OH−

-Ion)

 im Gleichgewicht (

c(H3O+)=c(OH−)

) vor. Die pH-Werte an den Halbäquivalenzpunkten entsprechen den 

pKS

-Werten der Säure (Abb. 5). An diesen Punkten liegen jeweils die Konzentrationen der Säure und ihre korrespondierende Base

BaseEin Stoff, der mit Wasser zu einer basischen Lösung reagiert.

 im Gleichgewicht.

Carboxy-GruppeCOOH

-Gruppe

 an das Sauerstoff-Atom gebunden ist. Durch die hohe Elektronegativitätsdifferenz zwischen dem Sauerstoff- und dem Wasserstoff-Atom ist diese Elektronenpaarbindung

Elektronenpaarbindung

Synonyme: kovalente Bindung, Atombindung

sorgt für den festen Zusammenhalt von Atomen (der Nichtmetalle) in Molekülen

 polarisiert und kann leichter getrennt werden als eine C—H-Bindung. Wasserstoff-Ionen, die an einem Protonenübergang beteiligt sind, werden zur Unterscheidung von denen, die nicht als Protonen abgegeben werden, als acider Wasserstoff bezeichnet.

Mehrprotonige Säuren können in Säure-Base-Reaktionen mehr als ein Proton abgeben. Schwefelsäure ist eine zweiprotonige Säure und Phosphorsäure eine dreiprotonige Säure. Nur acide Protonen können in Säure-Base-Reaktionen abgegeben werden. Die Essigsäure

EssigsäureEthansäure, 

(CH3COOH)

 kann nur eines von vier Protonen in Säure-Base-Reaktionen abgeben. Bei der Titration von Säuren entsprechen die Halbäquivalenzpunkte den 

pKS

-Werten. Bei Titrationskurven mehrprotoniger Säuren kannst du genauso viele pH-Sprünge bzw. Äquivalenzpunkte am Graphen ablesen, wie die Säure acide Protonen besitzt.

Und über die Suchfunktionen gibt es viele gute Antworten:

https://www.gutefrage.net/frage/konzentration-einer-mehrprotonigen-saeure-durch-titration-bestimmen

Hilfreichste Antwort

Kiowa89

09.09.22, 06:25:09

Ich gehe mal davon aus dass ihr den pH-Wert ersten "umschlagspunkt" ausrechnen sollt. Wenn die Säure quasi bereits ein Proton abgegeben hat und nur noch einprotonig ist (HSO4-) das ist in diesem fall dann auch der Halbequivalenzpunkt. Der Halbequivalenzpunkt ist der Punkt, an dem genau die Hälfte der Säure umgesetzt wurde. In dem Fall wie gesagt der Punkt wo die Säure ein Proton vollständig abgegeben hat.

Für den pH-Wert giebt ein eine Formel: pH-Wert = -lg(c(H3O+)) (der negative dekatische logerrithmus der H3O+ Ionen Konzentration)

Da du die Konzentration der Säure aber nicht kennst musst du diese über den Verbrauch der NaOH ausrechnen. Da H2SO4 nur ein Proton abgegeben hat, brauchst du für ein mol Säure nur ein mol NaOH. Sie stehen also am halbequivalenzbunkt mit dne stoffmengen n 1:1 im Verhältnis.

Heißt: n(NaOH) = n(H3O+)

Du hast dann die formel: c(H3O+) = n(H3O+ *V(lsg)

V(lsg) ist das volumen der Säurelösung die tititriert wird.

n(H3O+) kannst du über n(NaOH) ausrechnen. c(NaOH) solltest du angegeben haben, V(NaOH) hast du ebenfalls, jetzt kannst du die Formel c=n*V so umstellen dass du n(NaOH) ausrechnen kannst, damit hast du dann gleichzeitig, n(H3O+) ausgerechnet und kannst dann c(H3O+) und damit die pH-Wert ausrechnen.

Hoffe das war verständlich wen. Nicht frag einfach.

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Viel Glück

Säuren die mehr als 1 H+ abspalten können zb H2So4