15.2: Säure-Basen-Stärken und Dissoziationskonstanten

Die relative Stärke einer Säure oder Base ist das Ausmaß, in dem sie ionisiert, wenn sie in Wasser gelöst wird. Ist die Ionisationsreaktion im Wesentlichen abgeschlossen, wird die Säure oder Base als stark bezeichnet; Wenn relativ wenig Ionisation stattfindet, ist die Säure oder Base schwach. Es gibt viel mehr schwache als starke Säuren und Basen. Die gebräuchlichsten starken Säuren und Basen sind im Folgenden aufgeführt:

Die relativen Stärken von Säuren können durch Messung ihrer Gleichgewichtskonstanten in wässrigen Lösungen quantifiziert werden. In Lösungen gleicher Konzentration ionisieren stärkere Säuren stärker und ergeben so höhere Konzentrationen an Hydroniumionen als schwächere Säuren. Die Gleichgewichtskonstante für eine Säure wird als Säure-Ionisationskonstante K_a bezeichnet. Für die Reaktion einer Säure HA:

Die Säureionisationskonstante wird wie folgt geschrieben

wobei die Konzentrationen denen im Gleichgewicht entsprechen. Obwohl Wasser ein Reaktant in der Reaktion ist, ist es auch das Lösungsmittel, so dass wir [H₂O] nicht in die Gleichung einbeziehen. Je größer das K_a einer Säure ist, desto größer ist die Konzentration von H₃O⁺ und A⁻ im Verhältnis zur Konzentration der nichtionisierten Säure HA in einem Gleichgewichtsgemisch und desto stärker ist die Säure. Eine Säure wird als “stark” eingestuft, wenn sie eine vollständige Ionisation durchläuft, wobei in diesem Fall die Konzentration von HA Null und die Säureionisationskonstante unermesslich groß ist (K_a ≈ ∞). Säuren, die teilweise ionisiert sind, werden als “schwach” bezeichnet, und ihre sauren Ionisationskonstanten können experimentell gemessen werden.

Um diese Idee zu veranschaulichen, sind im Folgenden drei Säureionisationsgleichungen und K_a-Werte dargestellt. Die Ionisationskonstanten nehmen von der ersten bis zur letzten der aufgeführten Gleichungen zu, was bedeutet, dass die relative Säurestärke in der Ordnung CH₃CO₂H < HNO₂ < HSO₄⁻ _zunimmt.

Ein weiteres Maß für die Stärke einer Säure ist ihre prozentuale Ionisation. Die prozentuale Ionisation einer schwachen Säure wird in Bezug auf die Zusammensetzung eines Gleichgewichtsgemisches definiert:

wobei der Zähler der Konzentration der konjugierten Base der Säure entspricht (gemäß Stöchiometrie [A⁻] = [H₃O⁺]). Im Gegensatz zum K_a-Wert variiert die prozentuale Ionisation einer schwachen Säure mit der Anfangskonzentration der Säure und nimmt in der Regel mit zunehmender Konzentration ab.

Genau wie bei Säuren spiegelt sich die relative Stärke einer Base in der Größe ihrer Basen-Ionisationskonstante (K_b) in wässrigen Lösungen wider. In Lösungen gleicher Konzentration ionisieren stärkere Basen stärker und ergeben so höhere Hydroxidionenkonzentrationen als schwächere Basen. Eine stärkere Base hat eine größere Ionisationskonstante als eine schwächere Base. Für die Reaktion einer Basis ist B:

Die Ionisationskonstante wird wie folgt geschrieben

Die Untersuchung der Daten für drei unten dargestellte schwache Basen zeigt die Zunahme der Basenfestigkeit in der Ordnung NO₂⁻ < CH₂ CO₂⁻ < NH₃.

Was bei Säuren anbelangt, so spiegelt sich die relative Stärke einer Base auch in ihrer prozentualen Ionisation wider, berechnet als

Dies hängt jedoch von der Basisionisationskonstante und der Anfangskonzentration der Lösung ab.

Dieser Text wurde übernommen von Openstax, Chemie 2e, Abschnitt 14.3: Relative Stärken von Säuren und Basen.