Im Artikel zu den starken und schwachen Säuren und Basen haben wir die Säurestärke von Essigsäure und Salzsäure verglichen. Essigsäure ist eine mittelstarke und Salzsäure eine sehr starke Säure. Du hast in diesem Zusammenhang schon einmal was von dem \(\rm{pK_S}\)-Wert gehört. Essigsäure hat einen \(\rm{pK_S}\)-Wert von 4,76. Salzsäure hat einen viel niedrigeren \(\rm{pK_S}\)-Wert von -7.
Wo diese Werte herkommen und was der Unterschied zwischen dem Exponenten \(\rm{pK_S}\) und der Konstante \(\rm{K_S}\) bzw. \(\rm{pK_B}\) und \(\rm{K_B}\) ist, erklären wir dir in diesem Artikel.
Umrechnung der Säure- und Basenkonstante \(\rm{K_S}\) und \(\rm{K_B}\)
Die Werte der Säure- bzw. Basenkonstanten unterscheiden sich teilweise sehr stark. Manchmal unterscheiden sie sich um viele Zehnerpotenzen. Das erschwert den Vergleich der verschiedenen Konstanten. Um nicht immer mit Potenzzahlen umgehen zu müssen und einfache Zahlenwerte, die sich leicht vergleichen lassen, zu erhalten, bilden wir von den Säure- bzw. Basenkonstenten den Logarithmus. Die Werte, die beim Logarithmieren entstehen, bezeichnen wir als Säureexponenten bzw. Basenexponenten, besser bekannt auch unter der Bezeichnung \(\rm{pK_S}\)- und \(\rm{pK_B}\)-Werte. Sie sind im Gegensatz zu den Säure- und Basenkonstanten dimensionslos, das heißt, sie haben keine Einheit.
Berechnen des negativ dekadischen Logarithmus der Säure- bzw. Basenkonstant
Für die Umrechnung der Konstanten zum Exponenten nutzen wir – wie beim pH-Wert – den negativ dekadischen Logarithmus der Säure- bzw. Basenkonstante. Da die Exponenten dimensionlos sind, muss die Säure-Base-Konstante zunächst durch die Einheit \(\rm{\frac{mol}{l}}\) dividiert werden.
1. Bildung der dimensionslosen Säure- bzw. Basenkonstante
\(\rm{\dfrac{(K_S)}{\frac{mol}{l}}}\)
\(\rm{\dfrac{(K_B)}{\frac{mol}{l}}}\)
2. Bilden des negativ dekadischen Logarithmus von der Konstante
\(\rm{pK_S = -lg\dfrac{(K_S)}{\frac{mol}{l}}}\)
\(\rm{pK_B = -lg\dfrac{(K_B)}{\frac{mol}{l}}}\)
\(\rm{pK_S}\)- und \(\rm{pK_B}\)-Werte als Maß für die Stärke von Säuren und Basen
CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung
Die \(\rm{pK_S}\)- und \(\rm{pK_B}\)-Werte dienen uns als Maß, wie stark eine Säure bzw. eine Base ist (Abb. 1, Abb. 2).
- Je stärker die Säure, umso niedriger der \(\rm{pK_S}\)-Wert.
- Je stärker die Base, umso niedriger ist der \(\rm{pK_B}\)-Wert.
Säuren und Basen werden je nach \(\rm{pK_S}\)- bzw. \(\rm{pK_B}\)-Wert als sehr starke, starke mittelschwache, schwache und sehr schwache Säuren bzw. Basen bezeichnet. Sehr starke Säuren und Basen liegen in wässriger Lösung praktisch vollständig protolysiert vor. Schwache Säuren dagegen geben in Wasser nur in sehr geringem Ausmaß Protonen ab. Schwache Basen nehmen in Wasser in einem geringen Ausmaß Protonen auf.
| Stärke | $\ce{pK}$-Werte |
|---|---|
| Sehr stark | \(\rm{- 10\;bis\; - 0,35}\) |
| Stark | \(\rm{- 0,34\;bis\;3,75}\) |
| Mittelstark | \(\rm{3,76 \;bis\; 7,20}\) |
| Schwach | \(\rm{7,21 \;bis\; 14}\) |
| Sehr schwach | \(\rm{14,01}\) |
Zusammenfassung
Die Werte der Säure- und Basenkonstanten unterscheiden sich teilweise sehr stark voneinander. Leichter ist es, die Säure- und Basenstärke mithilfe der \(\rm{pK}\)-Werte miteinander zu vergleichen. Die \(\rm{pK}\)-Werte errechnen sich aus dem negativen Logarithmus der Säure- bzw. Basenkonstante. Je kleiner der \(\rm{pK}\)-Wert ist, desto stärker ist die Säure bzw. die Base.