pKs & pKb

Ein Maß für die Stärke einer Säure oder einer Base ist die Säurekonstante Ks bzw. Basenkonstante Kb. Häufiger als pKs/pKb-Wert zu finden.


Erklärung

Herleitung

Für die Herleitung betrachten wir die Gleichgewichtsreaktion einer Säure mit Wasser.

\text{HA}+\text{H}_{2}\text{O} \xrightleftharpoons{} \text{A}^- + \text{H}_{3}\text{O}^+HA+H2OA+H3O+\text{HA}+\text{H}_{2}\text{O} \xrightleftharpoons{} \text{A}^- + \text{H}_{3}\text{O}^+

Nach dem Massenwirkungsgesetz gilt:

\text{K}= \frac{\text{c(A}^-) \cdot \text{c(H}_{3}\text{O}^+)}{\text{c(HA)}\cdot \text{c(H}_{2}\text{O)}}K=c(A)c(H3O+)c(HA)c(H2O)\text{K}= \frac{\text{c(A}^-) \cdot \text{c(H}_{3}\text{O}^+)}{\text{c(HA)}\cdot \text{c(H}_{2}\text{O)}}

Die Konzentration von Wasser bleibt fast konstant. Sie wird deshalb nicht weiter berücksichtigt.

Wir erhalten daraus die Säurekonstante Ks. Diese kann sehr große oder ganz kleine Werte annehmen. Mit solchen Werten kann man nicht leicht rechnen, deshalb wird der Ks-Wert oft umgerechnet und als pKs-Wert angegeben.

\text{K}_{\text{S}}= \frac{\text{c(A}^-) \cdot \text{c(H}_{3}\text{O}^+) }{\text{c(HA)}}KS=c(A)c(H3O+)c(HA)\text{K}_{\text{S}}= \frac{\text{c(A}^-) \cdot \text{c(H}_{3}\text{O}^+) }{\text{c(HA)}}\text{pK}_{\text{S}}= -\text{lg}(\text{K}_{\text{S}})pKS=lg(KS)\text{pK}_{\text{S}}= -\text{lg}(\text{K}_{\text{S}})

Ähnlich erhält man die Basenkonstante aus der Reaktion einer Base mit Wasser.

\text{B}+ \text{H}_{2}\text{O} \xrightleftharpoons{} \text{HB}^+ + \text{OH}^-B+H2OHB++OH\text{B}+ \text{H}_{2}\text{O} \xrightleftharpoons{} \text{HB}^+ + \text{OH}^-

Nach dem Massenwirkungsgesetz:

\text{K}_{\text{B}}= \frac{\text{c(HB}^+) \cdot \text{c(OH}^-)}{\text{c(B)}}KB=c(HB+)c(OH)c(B)\text{K}_{\text{B}}= \frac{\text{c(HB}^+) \cdot \text{c(OH}^-)}{\text{c(B)}}\text{pK}_{\text{B}}= -\text{lg}(\text{K}_{\text{B}})pKB=lg(KB)\text{pK}_{\text{B}}= -\text{lg}(\text{K}_{\text{B}})

Stärke einer Säure oder Base

starke Säuren oder Basen

Starke Säuren und Basen dissoziieren (zerfallen) in Wasser vollständig. Das heißt in der Lösung liegen fast nur Oxonium- und Säurerest-Ionen oder Hydroxid- und Basenrest-Ionen vor. Das Gleichgewicht der Reaktion liegt auf der rechten Seite.

Die Konzentration der Produkte (\text{H}_3\text{O}^+ \text{ und A}^- \text{ oder OH}^- \text{ und HB}^+ \text{-Ionen)}(H3O+ und A oder OH und HB+-Ionen)(\text{H}_3\text{O}^+ \text{ und A}^- \text{ oder OH}^- \text{ und HB}^+ \text{-Ionen)} ist hoch und die Konzentration der Edukte (HA oder B) ist klein.

Dadurch ist bei starken Säuren/Basen der Ks/Kb- Wert groß und der pKs/pKb-Wert klein.

schwache Säuren oder Basen

Schwache Säuren und Basen dissoziieren in Wasser unvollständig. Je schwächer die Säure oder Base, desto stärker ist das Gleichgewicht der Reaktion auf der linken Seite.

Dadurch ist bei schwachen Säuren/Basen der Ks/Kb- Wert klein und der pKs/pKb-Wert groß.

Einteilung

pKs bzw. pKb-Werte kleiner 4: starke Säuren oder Basen

pKs bzw. pKb-Werte größer 4: schwache Säuren oder Basen


Beispiele

Salzsäure

Salzsäure besitzt einen pKs-Wert von -6. Dieser ist viel kleiner als 4. Das heißt Salzsäure ist eine starke Säure, die vollständig dissoziiert. Das Gleichgewicht ist also auf der Seite der Produkte (rechte Seite).

Natronlauge

Natronlauge bzw. Hydroxid-Ionen (OH⁻) besitzen einen pKb-Wert von 0. Das heißt Hydroxid-Ionen sind starke Basen. Das Gleichgewicht ist also auf der Seite der Produkte (rechte Seite).

Essigsäure

Essigsäure besitzt einen pKs-Wert von 4,75. Da der pKs-Wert größer als 4 ist, ist Essigsäure eine schwache Säure. Das Gleichgewicht der Reaktion ist also eher auf der Seite der Edukte (linke Seite). Dadurch ist Essigsäure nicht vollständig dissoziiert.

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