4.1 Bronsted-Säure-Base-Reaktionen und pH-Puffersysteme
Einführung
Nach Bronsted und Lowry spielt bei Säure-Base-Reaktionen die Protonenübertragung eine zentrale Rolle. Demnach geben Säuren ein Proton ab (Protonendonatoren) und Basen nehmen ein Proton auf (Protonenakzeptoren).
Allgemein gilt:
HA + B A- + HB+
Beispiel
HCl + H2OCl- + H3O+
Säure + Base konj. Base + konjugierte Säure
Im Gegenteil dazu geht es beim Säure-Base-Konzept nach Lewis um Elektronenübertragung.
Also sind Säuren Elektonenpaar-Akzeptoren und Basen Elektronenpaar-Donatoren
Bronsted-Säure-Base-Reaktionen, mit denen wir uns in diesem Kapitel befassen, finden im lebenden Organismus viele Anwendungen z.B. entscheidet das Säure- Base –Verhalten von Proteinen über deren Struktur und Reaktivität, also über ihre Funktionsweise.
4.1.1 Untersuchung zur Stärke verschiedener Bronsted-Säuren und Basen
Durchführung und Beobachtung
a)Hier wurden die pH-Werte von 2 N HCl, 2 N HOAc, 2 N NaOH und 2 N NH3 gemessen, indem ein Tropfen jeder Lösung auf ein Stückchen (ca.1 cm) pH-Papier gegeben wurde. Vorher wurden die pH-Werte ausgerechnet, um zu sehen wie gut die berechneten Werte mit den gemessenen übereinstimmen.
b)Zu je einem Milliliter der Lösungen aus a) werden mittels einer Vollpipette 9 ml entionisiertes Wasser in ein Reagenzglas gegeben, danach wird homogenisiert und wieder der pH-Wert gemessen (1 Tropfen auf ein Stück pH-Papier)à1:10
c)Zu je einem Milliliter der Lösungen aus b) werden mittels einer Vollpipette 9 ml entionisiertes Wasser in ein Reagenzglas gegeben, danach wird homogenisiert und wieder der pH-Wert gemessen (1 Tropfen auf ein Stück pH-Papier)à 1:100
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Aufgabe e) zeigte, dass nicht alle Salzlösungen neutral sind, da die Ionen der Salze selbst Bronsted-Säuren oder Basen sind, die mit Wasser reagieren und dabei H3O+ oder OH- bilden und somit auch basisch und sauer reagieren können.
Salze, die sauer reagieren sind z.B. FeCl3 und AlCl3. Alle Ionen in einer wässrigen Lösung sind von einer Hydrathülle umgeben. Bei dreifach geladenen Ionen werden die H2O-Moleküle der Hydrathülle durch die hohe Ladung des Kations stark polarisiert und H+-Ionen können leicht abgespalten werden.
Das hydratisierte Kation wirkt also als Säure. Es werden also H3O+-Ionen gebildet und da Cl- eine schwache Base ist, ist der pH-Wert unter 7.
Ein Salz, das neutral reagiert ist z.B. das Kochsalz. Na+-Ionen sind in hydratisierter Form eine extrem schwache säure, Cl- als korrespondierende Base einer starken Säure extrem schwach. Der pH-Wert der Salzlösung wird also nur von der Autoprotolyse des Wassers bestimmt (pH=7)
Das Natriumacetat hingegen ist ein Salz, das basisch reagiert. Na+-Ionen sind in hydratisierter Form sehr schwach und daher ohne Einfluss auf den pH-Wert der Salzlösung. Da OH- gebildet wird, ist der pH-Wert im Basischen.
4.1.2 Pufferwirkung
Einführung
Puffersysteme sind Mischungen aus schwachen Säuren und deren Salzen oder aus schwachen Basen und deren Salzen. Sie halten pH-Werte halbwegs konstant.
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e)Danach wurden von entionisiertem Wasser und den beiden Puffer jeweils 5 ml in je ein großes Reagenzglas gegeben (Vollpipette) und in jedes Glas 2 Tropfen 2 N HCl zugesetzt. In allen 3 Reagenzgläsern wurde jetzt der pH-Wert gemessen.
f)Danach wurden von entionisiertem Wasser und den beiden Puffer jeweils 5 ml in je ein großes Reagenzglas gegeben (Vollpipette) und in jedes Glas 2 Tropfen 2 N NaOH zugesetzt. In allen 3 Reagenzgläsern wurde jetzt der pH-Wert gemessen.
Diskussion
In diesen Versuchen zeigte sich, dass sich der pH-Wert fast oder überhaupt nicht geändert hat, wenn man die Lösung verdünnt hat oder der Lösung starke Säure (HCl) oder starke Base (NaOH) zugesetzt hat. Der pH-Wert des Wassers änderte sich jedoch jeweils ins Basische bzw.
Saure, da Wasser keine Pufferwirkung hat und einmal als Säu.....
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