Anorganische Chemie
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Allgemeine und Anorganische Chemie
M. Binnewies, M. Jäckel, H. Willner
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Anorganische Chemie Anorganik ist mehr als nur Salze; hier gibt es Antworten auf Fragen rund um die "unbelebte Chemie" der Elemente und ihrer Verbindungen.

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Alt 31.05.2017, 23:40   #1   Druckbare Version zeigen
racctor Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 19
Kohlensäure

Hallo liebe Leute!

Ich bin grad am lernen für meine letzte Bakk Prüfung und hab leider keinen Plan von Chemie, und wies der Teufel so will is das aber Bodenkunde.

Ich hab gefühlte hundert Fragen, aber mal zu meinem jetzigen Problem:

H2O + CO2 bildet ja im Boden H2CO3, das wiederum zu H3O+ und HCO3- dissoziert.

Dabei soll das Ganze irgendwie ein Puffer sein, indem das HCO3- einen Säureeintrag abschwächen kann(?). Ich vermute mal das HCO3- fungiert hier als Protonenakzeptor.

Meine Frage ist jetzt aber folgende: Wenn ein Proton mittels HCO3- gebunden wird steigt der ph-Wert (die säure wird abgeschwächt), ABER: es sind doch noch immer die H3O+ Ionen der Kohlensäure vorhanden, die somit den pH-Wert wiederum verringern?

Dadurch dass die HCO3- Ionen aufgebraucht werden können die H3O+ Ionen nicht mehr zu H2O und CO2 zurückreagieren, womit die Anzahl der H3O+ Ionen gleich der Anzahl der neutralisierten H+ der eingetragenen Säure ist, oder? und somit bleibt die Anzahl der "freien" H+ gleich, und der pH-Wert bleibt gleich?

Ich hoffe mal ihr versteht was ich meine, und würde mich über Antworten freuen

lg
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Alt 01.06.2017, 07:40   #2   Druckbare Version zeigen
Muzmuz  
Mitglied
Beiträge: 5.976
AW: Kohlensäure

Wenn du zunächst nur HCO3- hast, dann hast du als Gegenion beispielsweise ein K+ (welches metallische Gegenion ist hier jetzt mal nicht so wichtig).

Also Anfangszustand: 100 K+ + 100 HCO3-
Wenn du jetzt H+ beispielsweise in Form von HCl dazugibst, reagiert EIN TEIL jener mit den HCO3- zu H2CO3 - aber nur in jenem Ausmaß, in dem die Kohlensäure nicht dissoziiert. Der dissoziierte Kohlensäureteil ist in Summe jener, der NICHT mit den H+ reagiert.

Also Summenreaktion also:

KHCO3 + HCl --> KCl + H2CO3
Pufferwirkung daran ersichtlich, dass die Kohlensäure eine schwächere Säure als HCl ist.

Detailliertere Reaktionsgleichung:
K+ + HCO3- + H+ + Cl- -->
K+ + Cl- + H2CO3

Also nur links sind freie H+ (und nur diese sind sauer), rechts sind sie großteils in der Kohlensäure gebunden. Da die Kohlensäure aber selbst eine Säure ist, wäre es noch genauer, wenn man den Großteil (also nicht zur Gänze) auch in der Reaktionsgleichung explizit darstellen würde. Also, Annahme dass die Kohlensäure zu 1 % dissoziiert vorliegt:

100 K+ + 100 HCO3- + 100 H+ + 100 Cl- -->
100 K+ + 100 Cl- + 99 H2CO3 + 1 H+ + 1 HCO3-

Also, hat das zunächst vorliegende Hydrogencarbonat 99% der zugegebenen Säure neutralisiert bzw abgepuffert.


lg,
Muzmuz
Muzmuz ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 01.06.2017, 10:47   #3   Druckbare Version zeigen
racctor Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 19
AW: Kohlensäure

Hallo!

Erstmal vielen Dank für die Hilfe!

Ich habe dazu aber noch ein paar Fragen:
1) Muss das HCO3- immer ein Gegenkation haben, oder kann das auch als reines Ion im Wasser "herumschwimmen"?

2) Heißt das man "verwandelt" sozusagen die Salzsäure in Kohlensäure? Und da diese eine schwächere Säure ist verringert man den gesamten pH-Wert?

3) Im Buch heißt es jetzt noch der Pufferbereich liegt bei 4,5-7 pH-Wert. Heißt das die aus der "Umwandlung" geschaffene Kohlensäure bedingt dann selber diesen pH-Wert? Oder ist der Pufferbereich was Anderes?

lg!
racctor ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 01.06.2017, 11:21   #4   Druckbare Version zeigen
Rumpanscher Männlich
Mitglied
Beiträge: 165
AW: Kohlensäure

Zu 1: JA, nicht nur das HCO3-, sondern alle Ionen gibt es nur mit Gegenion. Eine Assistentin im Labor hat mal gesagt, man würde sonst einen Schlag bekommen. Wüsste aber nicht wie man eine solche Lösung herstellen sollte.
__________________
Gäbe es die letzte Minute nicht, so würde niemals etwas fertig.
Mark Twain
Rumpanscher ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 01.06.2017, 11:35   #5   Druckbare Version zeigen
Muzmuz  
Mitglied
Beiträge: 5.976
Zitat:
Zitat von racctor Beitrag anzeigen
Hallo!

Erstmal vielen Dank für die Hilfe!

Ich habe dazu aber noch ein paar Fragen:
1) Muss das HCO3- immer ein Gegenkation haben, oder kann das auch als reines Ion im Wasser "herumschwimmen"?
In der Regel ja - wenn nicht, hat man sehr schnell elektrostatische Aufladungen mit enormem Potential, und die Natur versucht, das auszugleichen. Das heißt, bei den Versuchen mit elektrostatischen Aufladungen hat man schnell viele Kilovolt, und das schon bei Mangel bzw Überschuss von einer sehr überschaubaren Anzahl von Elektronen/Ionen.
Oder guckst du Gewitter - eine typische Hauptentladung beträgt etwa 1 Coulomb, was 10 µmol entspricht. Dieser Entladung geht eine Spannung von mehreren Millionen Volt voraus.

Da in der Chemie makroskopische Mengen also (zumindest annähernd) elektrisch neutral sind, muss zu jedem Ion ein Gegenion vorhanden sein, und das räumlich auch sehr nah.
Wenn der Chemiker sagt, "In der Lösung ist Chlorid.", dann heißt das auch, dass entsprechende Gegenladungen, welche auch immer, da sind. Welche das nun sind, ist sekundär. Da sind die auf alle Fälle.

Zitat:
Zitat von racctor Beitrag anzeigen
2) Heißt das man "verwandelt" sozusagen die Salzsäure in Kohlensäure?
Ja, der chemische Leitspruch dazu heißt "Die stärkere Säure verdrängt die schwächere aus ihren Salzen."
Das heißt, die Salzsäure vertreibt die Kohlensäure aus ihrem Kaliumsalz. Andersherum formuliert (und chemisch auch richtiger), so wie du es gemacht hast, geht natürlich auch. Die H+ verbinden sich mit dem Gegenion, mit dem sie die stärkere Bindung eingehen können. Und das können sie mit dem Hydrogencarbonat, nicht mit dem Chlorid. Die "treibende Kraft" bei dieser Reaktion ist die stärkere Bindung zwischen Wasserstoff und Hydrogencarbonat. Das Chlorid und das Kalium sind nur unbeteiligte "Zuschauer".
Sprich, aus 2 schwachen Bindungen (Kalium-Hydrogencarbonat und Wasserstoff-Chlorid) werden 1 starke (Wasserstoff-Hydrogencarbonat) und 1 schwache (Kalium-Chlorid). Die Energie, die bei dieser Reaktion frei wird ist hauptsächlich die Bindungsenergie zwischen Wasserstoff und Hydrogencarbonat. Bei ausreichend Umsatz bzw ausreichend genauer Messung würde man eine Temperaturbeobachtung feststellen können.

Zitat:
Zitat von racctor Beitrag anzeigen
Und da diese eine schwächere Säure ist verringert man den gesamten pH-Wert?
Vorsicht, man verringet den sauren Charakter - das heißt, der pH-Wert erhöht sich !

Zitat:
Zitat von racctor Beitrag anzeigen
3) Im Buch heißt es jetzt noch der Pufferbereich liegt bei 4,5-7 pH-Wert. Heißt das die aus der "Umwandlung" geschaffene Kohlensäure bedingt dann selber diesen pH-Wert? Oder ist der Pufferbereich was Anderes?
Nunja, die Köhlensäure und der pH-Wert stehen in engem Zusammenhang. Der pH-Wert bedingt das Verhalten der Kohlensäure sowie das Verhalten der Kohlensäure bedingt den pH-Wert. Insofern kann man sowohl die Kohlensäure wie auch den pH-Wert als Phänomen wie auch Verursacher ansehen.

Charakteristisch für jeden Puffer ist sein Pufferbereich. Das ist der Bereich zwischen jenem pH-Bereich, bei praktisch die ganze Säure protoniert ist und jenem Bereich, bei dem praktisch die ganze Säure deprotoniert ist. Denn, der Puffer wirkt ja dadurch, dass der entweder zugeführte H+ aufnimmt oder aber abgezogene H+ nachliefert. Und das funktioniert natürlich nur dann, wenn das Puffersystem TEILWEISE protoniert ist. Am Besten, wenn die Protonierung 50% beträgt. In diesem Zustand ist der pH = pKs.
Bei Kohlensäure liegt der pKs lt Wiki bei 6.35 (nach anderen Quellen um 6 herum - das heißt, bei pH 6.xx sind 50% Hydrogencarbonat protoniert und der Kohlensäure/Hydrogencarbonatpuffer hat seine beste Wirkung. In der Regel liegt der Pufferbreich bei pKs +-1. Die Angabe 4.5-7.0 entspricht diesem Umstand in Etwa. Bei Kohlensäure ist die Pufferwirkung um Sauren einmalig etwas besser, da die Säure nicht um System bleiben muss, sondern weiter zu Wasser und Kohlendioxid reagieren und das Kohlendioxid in die Luft entweichen kann. Hat man sozusagen ein nachgeschaltetes zweites Puffersystem, das die Säurepufferung des Hydrogencarbonates erhöht. Funktioniert aber nur einmal, da das Kohlendioxid dann weg ist und bei Basenzugabe nicht mehr zurückkommt. Man verringert damit also die Pufferkapazität.

Geändert von Muzmuz (01.06.2017 um 11:40 Uhr)
Muzmuz ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 01.06.2017, 11:44   #6   Druckbare Version zeigen
Fulvenus Männlich
Mitglied
Beiträge: 19.860
AW: Kohlensäure

Zitat:
Zitat von racctor Beitrag anzeigen
1) Muss das HCO3- immer ein Gegenkation haben, oder kann das auch als reines Ion im Wasser "herumschwimmen"?
In Ergänzung:Anionen in solchen System benötigen stets einen Ladungsausgleich,
dies muß aber nicht immer ein Metallkation sein,wie bei Muzmuz beschrieben.
Auch die eigentliche "Kohlensäure" dissoziiert teilweise in Hydrogencarbonat-Anion und "Proton" als Gegenion(Kation).
Für den Puffer ist es jedoch notwendig,daß dort ein Metallkation vorliegt.
Nur dann ist die Pufferwirkung des Hydrogencarbonats gegeben,daß Protonen(aus stärkeren Säuren als der Kohlensäure stammend) von diesem aufgenommen werden.
Es handelt sich um GG-Reaktionen der Dissoziation von Säuren,siehe Rechnung Muzmuz.
Man kann es als Umwandlung von Salzsäure/HCl in Kohlensäure betrachten,wobei dann noch die Umwandlung Kohlensäure in CO2 und Wasser betrachtet werden sollte.
Die Aufnahme von CO2 im Boden hängt übrigens schon von der Zusammensetzung des Bodens ab.Dort gibt es "saure" und "basische" Böden,letztere begünstigen die Aufnahme(durch Verschiebung des GG Richtung Hydrogencarbonat).
Zum Pufferbereich in Böden hier lesen:https://de.wikipedia.org/wiki/Pufferbereich_(Bodenkunde) .Dein pH-Bereich scheint etwas niedrig zu sein.

Fulvenus!
Fulvenus ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 01.06.2017, 12:17   #7   Druckbare Version zeigen
racctor Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 19
AW: Kohlensäure

Super!
Danke für die vielen hilfreichen Antworten! Habt mir sehr geholfen!

lg
racctor ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 06.06.2017, 14:43   #8   Druckbare Version zeigen
racctor Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 19
AW: Kohlensäure

Hey!

Ich hätte jetzt trotzdem noch mal eine Frage. Ich habe mit nem Freund gesprochen der Chemie studiert hat, und dieser meinte dass Ionen schon frei in Lösungen herumschwimmen nach der Dissoziation. Im Internet steht außerdem dass es freie Ionen benötigt damit Stoffe elektrisch leitfähig sind.

Also was stimmt jetzt, bzw wie läuft das ganze genau ab? Und wie passt der Begriff "Solvatisierung" in das Gesamtbild wenn es keine freien Ionen gibt?

lg
racctor ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 06.06.2017, 14:53   #9   Druckbare Version zeigen
Rumpanscher Männlich
Mitglied
Beiträge: 165
AW: Kohlensäure

Es stimmt schon, dass die Ionen frei herumschwimmen, allerdings haben diese IMMER ein Gegenion, dieses schwimmt dann halt auch frei herum.
Frei bedeutet in dem Sinne hier nur, dass es nicht in einer Kristallstruktur gebunden ist sondern solvatisiert, also gelöst.
__________________
Gäbe es die letzte Minute nicht, so würde niemals etwas fertig.
Mark Twain
Rumpanscher ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 06.06.2017, 15:31   #10   Druckbare Version zeigen
Muzmuz  
Mitglied
Beiträge: 5.976
AW: Kohlensäure

Dieses "frei" ist sehr relativ zu betrachten. Das führt uns mitunter auch zur Solvatisierung. So ein "freies Ion" trägt dann einen ganzen Wust an angelagerten Wassermolekülen mit sich herum. Die elektrostatische Anziehung zwischen beispielsweise einem Na+ und einem Cl- ist sehr groß, was auch die hohen Schmelztemperaturen von Salzen bedingt. Aber, beim Schmelzen verändern sich die Abstände nicht einmal sehr - die mittlere Abstandsvergrößerung skaliert nur mit der Dichteränderung beim Schmelzen, und die ist nicht sehr groß. Und selbst beim Verdampfen trennen sich die Ionen nicht, das gehen nämlich ungeladene Teilchen in die Dampfphase.

Insofern ist das Schmelzen weniger mit dem Hochheben eines Zuges von den Schienen zu vergleichen, sondern vielmehr mit einem Ziehen über die Rauheiten der Geleise.
Muzmuz ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 06.06.2017, 15:40   #11   Druckbare Version zeigen
racctor Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 19
AW: Kohlensäure

AHHHHHH verstehe, Danke!
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