Polyprotische Säuren

Monoprotische Säuren enthalten wie Flusssäure ein einzelnes ionisierbares Proton. Im Gegensatz dazu enthalten polyprotische Säuren zwei oder mehr ionisierbare Protonen. Zum Beispiel hat schwefelhaltige Säure zwei ionisierbare Protonen und Phosphorsäure drei.

Eine polyprotische Säure verliert jedes ihrer Protonen nacheinander, und jede Reaktion hat ihr eigenes K_a.

Es ist einfacher, ein Proton aus einem neutralen Molekül zu entfernen als aus einem negativ geladenen, da die negative Ladung die Stärke der Bindung zwischen dem Proton und dem Anion erhöht.

Daher ist für Phosphorsäure das K_a für die Entfernung des ersten Protons, K_a1, höher als das zweite, K_a2, das höher als K_a3 ist.

Der pH-Wert einer polyprotischen Säure kann nur mit der ersten Reaktion abgeschätzt werden, wenn K_a1 mindestens tausendmal größer ist als die nachfolgenden K_a.

So kann beispielsweise der pH-Wert einer 0,050 molaren Ascorbinsäurelösung mit deren K_a1 und einer ICE-Tabelle bestimmt werden.

Wenn Ascorbinsäure in Wasser gelöst wird, dissoziiert sie in Hydronium- und Ascorbationen. Der K_a1 für diese Reaktion beträgt 8 × 10⁻⁵ und ist gleich der Konzentration von Hydronium multipliziert mit der Konzentration von Ascorbatmonoanion, dividiert durch die Konzentration von Ascorbinsäure.

Für diese Reaktion kann eine ICE-Tabelle mit der Anfangs- und Gleichgewichtskonzentration erstellt werden. Aufgrund des kleinen Wertes von x entspricht 0,050 minus x ungefähr 0,050.

Setzt man diese Werte in den Ausdruck für K_a1 ein, so ist der Wert für x gleich 0,0020 molaren, was nur 4 % der Anfangskonzentration von Ascorbinsäure entspricht. Somit ist die Annäherung gültig.

Der pH-Wert der Lösung beträgt 2,70.

Die Konzentration des im zweiten Reaktionsschritt gebildeten Ascorbatdianions kann auch mit Hilfe von K_a2 und einer ICE-Tabelle berechnet werden.

K_a2 ist gleich 1,6 × 10⁻¹² und kann ausgedrückt werden als die Konzentration von Hydronium multipliziert mit der Konzentration von Ascorbatdianion dividiert durch die Konzentration von Ascorbatmonoanion.

Für diese Reaktion wird die ICE-Tabelle mit der Anfangskonzentration von Ascorbat-Monoanion und Hydronium aus der ersten Reaktion, 0,002 molaren, ausgefüllt. Aufgrund des kleinen Wertes von x kann es bei den Gleichgewichtskonzentrationen von Ascorbatmonoanion und Hydronium weggelassen werden.

Nach dem Einsetzen dieser Werte in den K _a2-Ausdruck und dem Lösen beträgt x 1,6 ×10⁻¹² molaren Durchmesser.

Da x weniger als 5 % von 0,002 molar ist, ist die Näherung gültig.

Da die Konzentration der Hydroniumionen, die während des zweiten Schritts der Ascorbinsäuredissoziation erzeugt wurden, vernachlässigbar ist, bestimmt das erste ionisierbare Proton den pH-Wert der Lösung.