Acidität von Säuren, Säurestärke

Question

Aufgabe:

Ist die Acidität von 0.1 molarer wässrige HCL-Lösung größer als die einer 0.1 molaren Perchlorsäure, warum?

Ansatz/Problem:

Die HClO4 ist eine Oxosäure an dem O ist ein Cl gebunden.. Sauerstoff hat trotzdem eine höhere EN und zieht die Elektronen an sich.. das H kann also leicht gelöst werden... Starke Säuren können ein H+ abgeben.

HCl gehört auch noch zu den starken Säuren, also dissoziiert sie genau wie HClO4 vollständig im Wasser.

Aber ich verstehe trotzdem nicht, warum HClO4 eine höhere Acidität hat.. bitte um Erklärung! Was bedeutet Acidität?

Answer 1

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Acidität und Säurestärke

Acidität beschreibt, wie stark eine Säure ist, also wie gut sie ein Proton (\(H^+\)) abgeben kann. Je stärker eine Säure, desto vollständiger gibt sie in wässriger Lösung ein Proton ab und desto niedriger ist der pH-Wert der Lösung. Die Säurestärke wird durch die Säurekonstante \(K_a\) gemessen, welche ein Maß dafür ist, wie gut die Säure in Wasser dissoziiert, d.h., wie gut sie in ihre Bestandteile (Protonen und Anionen) zerfällt.

Vergleich von HCl und HClO\(_4\)

Sowohl Chlorwasserstoffsäure (HCl) als auch Perchlorsäure (HClO\(_4\)) sind starke Säuren, was bedeutet, dass sie in wässriger Lösung nahezu vollständig dissoziieren. Das bedeutet, dass sie sehr leicht ihre Hydroniumionen (\(H^+\)) an das Wasser abgeben, wodurch Hydroniumionen (\(H_3O^+\)) entstehen. Die Stärke der Dissoziation lässt sich jedoch nicht allein durch die Fähigkeit, \(H^+\) abzugeben, bestimmen, sondern durch das Ausmaß, in dem die Säure dissoziiert.

Perchlorsäure ist eine der stärksten Säuren, die bekannt sind. Dies liegt zum Teil daran, dass das Perchlorat-Anion (ClO\(_4^-\)) außerordentlich stabil ist. Die Stabilität des Anions nach der Protonenabgabe beeinflusst die Säurestärke einer Säure erheblich. Das ClO\(_4^-\)-Ion ist aufgrund der vollständigen Delokalisation der negativen Ladung über die vier Sauerstoffatome sehr stabil. Diese Ladungsdelokalisation verringert die Energie des Systems und macht die Abspaltung eines Protons aus der HClO\(_4\) energetisch günstig.

Warum hat HClO\(_4\) eine höhere Acidität als HCl?

Die höhere Acidität der HClO\(_4\) im Vergleich zu HCl kann durch die höhere Stabilität des resultierenden Anions nach der Abspaltung des Protons erklärt werden. Chlorid (Cl\(^-\)), das Anion von HCl, ist zwar auch stabil, aber die Stabilität des Perchlorat-Anions (ClO\(_4^-\)) ist wegen der Ladungsdelokalisation und der daraus resultierenden Verringerung der elektrostatischen Abstoßung höher. Dies bedeutet, dass die Energie, die benötigt wird, um das Perchlorat-Anion zu bilden (indem ein Proton von der Perchlorsäure abgegeben wird), niedriger ist als die für die Bildung des Chlorid-Anions. Daher ist HClO\(_4\) eine stärkere Säure als HCl: sie gibt leichter ein Proton ab.

Zusammenfassend ist die Acidität von 0.1 molarer Perchlorsäure in wässriger Lösung, aufgrund der höheren Stabilität des ClO\(_4^-\)-Anions nach der Protonenabgabe, größer als die der 0.1 molarer HCl-Lösung.