15.8: Schwache Basislösungen

Einige Verbindungen erzeugen beim Auflösen Hydroxidionen, indem sie chemisch mit Wassermolekülen reagieren. In allen Fällen reagieren diese Verbindungen nur teilweise und werden daher als schwache Basen eingestuft. Diese Arten von Verbindungen kommen auch in der Natur häufig vor und sind wichtige Rohstoffe in verschiedenen Technologien. Beispielsweise beträgt die weltweite Produktion der schwach basischen Ammoniak in der Regel weit über 100 Tonnen pro Jahr und wird häufig als landwirtschaftlicher Dünger, als Rohstoff für die chemische Synthese anderer Verbindungen und als Wirkstoff in Haushaltsreinigern verwendet. Beim Auflösen in Wasser reagiert Ammoniak teilweise unter Bildung von Hydroxidionen, wie hier gezeigt:

Dabei handelt es sich per Definition um eine Säure-Base-Reaktion, bei der es in diesem Fall um die Übertragung von H⁺-Ionen von Wassermolekülen auf Ammoniakmoleküle geht. Unter typischen Bedingungen liegt nur etwa 1 % des gelösten Ammoniaks als NH₄⁺-Ionen vor.

Berechnung der Hydroxidionenkonzentration und des pOH in einer schwach basischen Lösung

Ermitteln Sie die Konzentration von Hydroxidionen, den pOH-Wert und den pH-Wert einer 0,25 M Lösung von Trimethylamin, einer schwachen Base:

Die ICE-Tabelle für dieses System ist

Das Einsetzen der Gleichgewichtskonzentrationsterme in den K_b-Ausdruck ergibt

Angenommen, x << 0,25 und die Lösung nach x ergibt

Dieser Wert beträgt weniger als 5 % der Ausgangskonzentration (0,25), sodass die Annahme gerechtfertigt ist.

Wie in der ICE-Tabelle definiert, ist x gleich der Gleichgewichtskonzentration von Hydroxidionen:

Der pOH wird zu berechnet

Verwenden der Beziehung;

ermöglicht die Berechnung des pH-Wertes:

Bestimmung von K_b anhand des pH-Werts

Wenn der pH-Wert einer 0,28 M Lösung von Ethylamin (C₂H₅NH₂) 12,10 beträgt, wie groß ist ihr K_b?

Um den K_b von Ethylamin zu berechnen, müssen zunächst der pOH-Wert und die Hydroxidionenkonzentration bestimmt werden. Da der pH-Wert 12,10 beträgt, kann der pOH wie folgt berechnet werden:

Da der pOH-Wert 1,90 beträgt, kann die Hydroxidionenkonzentration der Lösung anhand der Formel berechnet werden

Die ICE-Tabelle kann für dieses System wie folgt erstellt werden

Da 0,0126 M 4,5 % von 0,28 M sind, kann 0,28 − 0,0126 nach der 5 %-Regel als nahezu gleich 0,28 M angesehen werden.

Nachdem die obigen Werte in den Ausdruck für den K_b von Ethylamin eingesetzt wurden,

Dieser Text ist adaptiert von Openstax, Chemistry 2e Section 4.2: Classifying Chemical Reactions and 14.3 Relative Strengths of Acids and Bases.

Eine schwache Base, wie Ammoniak, ist eine Brønsted-Base, die ein Proton aus Wasser aufnimmt, um das Hydroxidion zu erzeugen. Schwache Basen reagieren teilweise mit Wasser entsprechend ihrer Basendissoziationskonstante K_b, die für Ammoniak 1,76 × 10⁻⁵ beträgt.

Das KB_für Ammoniak kann ausgedrückt werden als die Ammoniumionenkonzentration multipliziert mit der Hydroxidionenkonzentration dividiert durch die Konzentration von Ammoniak im Gleichgewicht.

K_b kann verwendet werden, um die Konzentration der Hydroxidionen in einer schwachen basischen Lösung und damit das pOH und den pH-Wert der Lösung zu bestimmen.

Die Hydroxidionenkonzentration und der pH-Wert von 0,23 M Ammoniaklösung können unter Verwendung ihrer Basendissoziationskonstante und durch Erstellung einer ICE-Tabelle bestimmt werden, die die Anfangs- und Gleichgewichtswerte der Ammoniak-, Ammoniumionen und Hydroxidionen enthält.

Setzt man Gleichgewichtskonzentrationen in den KB-Ausdruck ein, so ist K_b gleich x mal x geteilt durch 0,23 minus x. Da schwache Basen eine partielle Dissoziation aufweisen, kann 0,23 minus x als ungefähr 0,23 angesehen werden.

Wenn die Gleichung gelöst ist, ist x gleich 2 × 10⁻³ M.

Die Näherung 0,23 minus x ist gleich 0,23 gilt hier, da die Hydroxidionenkonzentration nur 0,86 % von 0,23 molar beträgt.

Um den pH-Wert dieser Lösung zu berechnen, bestimmen Sie zunächst das pOH, indem Sie das negative Protokoll der Hydroxidionenkonzentration nehmen, das 2,70 entspricht. Der pH-Wert kann mit der Formel bestimmt werden: pH plus pOH ist gleich 14 und wird mit 11,30 berechnet.

Der KB-Wert für eine schwache basische Lösung kann berechnet werden, wenn der pH-Wert der schwachen basischen Lösung bekannt ist.

Methylamin ist eine schwache Base, die in Wasser teilweise in Methylammoniumionen und Hydroxidionen dissoziiert.

Das KB für Methylamin kann ausgedrückt werden als die Methylammoniumionenkonzentration multipliziert mit der Hydroxidionenkonzentration dividiert durch die Konzentration von Methylamin im Gleichgewicht.

Um die K_b einer 0,040 M Methylaminlösung mit einem pH-Wert von 11,6 zu berechnen, muss zuerst das pOH berechnet werden, gefolgt von seiner Hydroxidionenkonzentration. Da der pH-Wert 11,60 beträgt, beträgt der pOH 2,40 und die Konzentration der Hydroxidionen 4,0 × ^10-3.

Die ICE-Tabelle kann aus der Anfangs- und der Gleichgewichtskonzentration von Methylamin, Methylammonium und Hydroxid erstellt werden.

Das Einsetzen von K_b durch Gleichgewichtskonzentrationen im Ausdruck ergibt einen Wert für K_b, der 4,4 × 10⁻⁴ beträgt.