15.9
Ionen als Säuren und Basen
Salze mit sauren Ionen
Salze sind ionische Verbindungen bestehend aus Kationen und Anionen, die jeweils mit Wasser eine saure oder basische Ionisierun…
Säuren, Basen und ionische Verbindungen bilden Anionen und Kationen, wenn sie sich in Wasser lösen.
Anionen, die die konjugierte Base starker Säuren sind, wie Chlorid, das durch die Dissoziation von Salzsäure gebildet wird, sind zu schwach, um ein Proton aus Wasser aufzunehmen. Daher sind Chloridionen pH-neutral; Das heißt, sie sind weder sauer noch basisch.
Im Gegensatz dazu wirken Anionen, die von schwachen Säuren gebildet werden, wie Acetat, die konjugierte Base der Essigsäure, als schwache Base, da sie ein Proton aus Wasser aufnehmen können.
Kationen, die die konjugierte Säure starker Basen sind, wie z. B. Natriumionen, die von Natriumhydroxid gebildet werden, können keine Protonen aufnehmen und sind daher auch pH-neutral.
Im Gegensatz dazu wirken Kationen, die von schwachen Basen wie Ammonium, der konjugierten Säure des Ammoniaks, produziert werden, als schwache Säure, da sie Protonen an Wasser abgeben können.
Salze können bei der Ionisierung saure und basische Lösungen erzeugen, wenn sie eine konjugierte Säure oder eine konjugierte Base einer schwachen Säure oder Base enthalten.
Ammoniumbromid produziert Ammonium- und Bromidionen in Wasser. Bromid-Ionen sind pH-neutral, während Ammonium-Ionen als schwache Säure wirken, da sie Protonen abgeben können.
Wenn Natriumacetat in Wasser gelöst wird, reagieren die Natriumionen nicht mit Wasser; das Acetation kann jedoch ein Proton aufnehmen und so eine basische Lösung bilden.
Salze, die pH-neutrale Kationen und Anionen enthalten, bilden neutrale Lösungen. Zum Beispiel dissoziiert Natriumchlorid in Natriumionen und Chloridionen, wenn es in Wasser gelöst wird. Da diese beiden Ionen weder Protonen aufnehmen noch abgeben können, bilden sie eine neutrale Lösung.
Kleine und hochgeladene Metallionen wie Eisen(III) und Aluminium(III) können ebenfalls als schwache Säuren wirken, wenn sie hydratisiert werden.
Wenn Aluminium(III) hydratisiert wird, wirkt es wie eine schwache Säure und überträgt Protonen aus seinem Hydratationswasser auf die freien Wassermoleküle, was zur Produktion von Hydroniumionen führt.
Je kleiner das Metallion und je höher die Ladungen, desto größer ist seine Tendenz, als Säure zu wirken. Zum Beispiel beträgt das Ka für Fe(III) 6,3 × 10−3, während das Ka für Ni(II) 2,5 × 10−11 beträgt.
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Q1: Why are chloride ions pH neutral when hydrochloric acid dissolves in water?
Chloride ions are the conjugate base of the strong acid hydrochloric acid. Since strong acids dissociate completely, their conjugate bases are too weak to accept protons from water molecules. Therefore, chloride ions neither donate nor accept protons, making them pH neutral and unable to affect solution acidity or basicity.
Q2: How do acetate ions make a sodium acetate solution basic?
Acetate ions are the conjugate base of the weak acid acetic acid. Because acetic acid is weak, acetate ions retain the ability to accept protons from water molecules. This proton acceptance produces hydroxide ions, creating a basic solution. Sodium ions do not react with water, so they have no effect on pH.
Q3: What determines whether ammonium bromide solution is acidic or basic?
Ammonium bromide produces ammonium and bromide ions in water. Bromide ions are pH neutral because they are the conjugate base of the strong acid hydrobromic acid. Ammonium ions act as weak acids by donating protons to water. Since only ammonium ions affect pH, the solution becomes acidic.
Q4: Why do small, highly charged metal ions like aluminum(III) act as weak acids?
When aluminum(III) ions dissolve in water, they form hydrated complex ions with six bonded water molecules. The positive charge on the metal ion polarizes these bonded water molecules, making their O-H bonds more polar and prone to donating hydrogen ions. This proton transfer produces hydronium ions, making the solution acidic.
Q5: How does ion charge and size affect the acid strength of hydrated metal ions?
The acid strength of hydrated metal ions increases with higher charge and smaller size. For example, Fe(III) with Ka = 6.3 × 10−3 is a stronger acid than Ni(II) with Ka = 2.5 × 10−11. Smaller, more highly charged ions create stronger polarization of bonded water molecules, increasing their tendency to donate protons and making them stronger acids.
Q6: Why does sodium chloride form a neutral solution in water?
Sodium chloride dissociates into sodium and chloride ions. Sodium ions are the conjugate acid of the strong base sodium hydroxide and cannot accept protons. Chloride ions are the conjugate base of the strong acid hydrochloric acid and cannot donate protons. Since neither ion reacts with water, the solution remains neutral.
Q7: What is the difference between conjugate bases of strong acids and weak acids?
Conjugate bases of strong acids, like chloride, are too weak to accept protons from water and remain pH neutral. Conjugate bases of weak acids, like acetate, retain significant ability to accept protons from water, acting as weak bases. This difference determines whether salt solutions containing these ions will be acidic, basic, or neutral.