Didaktik der Chemie / Universität Bayreuth

Stand: 12.01.15


Das Säure- und Base-Konzept nach Pearson

Vortrag von Jonas Braunersreuther im Rahmen der "Übungen im Vortragen mit Demonstrationen - Anorganische Chemie", WS 13/14


Gliederung:


Einleitung. Die Schichtung von Salzen im Boden eines ausgetrockneten Meeres lernen viele Geographen einfach nur auswendig. Dem Lehramtsstudenten Chemie / Geographie eröffnen sich hier andere Möglichkeiten, etwa die Anwendung von chemischen Konzepten. Im folgenden Text wird nun mit Hilfe des Säure- und Base Konzepts nach Pearson erklärt werden, warum die Salze so vorliegen wie man sie heute findet:

Bild_Ablagerung
Abb. 1: Natürliche Ablagerung verschiedener Sedimente


1 Das Konzept nach Pearson

Das Konzept Pearson's beruht grundsätzlich auf den Konzept Lewis', das bedeutet, dass Säuren als Elektronenpaar-Akzeptoren und Basen als Elektronenpaar-Donatoren definiert sind. Dabei unterscheidet man zwischen harten und weichen Säuren und Basen, woraus sich auch der Name HSAB-Konzept ergibt: hard and soft acids and bases.

Weiche Säuren und Basen sind durch eine große räumliche Ausdehnung und eine geringe Ladung charakterisiert, Beispiele für weiche Säuren sind Pt2+, Hg2+, Pb2+, während SCN-, CN-, I- Beispiele für weiche Basen darstellen. Harte Säuren und Basen weisen genau die gegenteiligen Merkmale auf, sie besitzen dementsprechend eine geringe räumliche Ausdehnung sowie eine hohe Ladung. Beispiele für harte Säuren sind Li+, Mg2+, Ca2+, für harte Basen CO32-, OH-, F-.

Die Kombination von harten Säuren mit harten Basen und weichen Säuren mit weichen Basen ergibt besonders stabile Verbindungen, welche sich bevorzugt bilden, z.B. PbI2 oder LiF.


2 Experiment

Experiment Bildung eines schwerlöslichen Salzes und dessen Auflösung
Material
  • Becherglas
  • Pipette
Chemikalien
  • Gesättige, wässrige Lösung von Carbonat- und Sulfationen
  • Gesättige Calciumhydroxid-Lösung
  • Salzsäure (w~37%)
Durchführung In eine mit Carbonat- und Sulfat-Ionen gesättigte, wässrige Lösung werden Calcium-Ionen in Form einer gesättigten Calciumhydroxid-Lösung gegeben.
Beobachtung Es entsteht ein weißer Niederschlag.
Durchführung Die Lösung wird mit konzentrierter Salzsäure versetzt.
Beobachtung Der weiße Niederschlag verschwindet unter Gasbildung.
Interpretation Durch die Zugabe der Calcium-Ionen zur gesättigten Lösung entsteht eine schwerlösliche Verbindung die als weißer Niederschlag ausfällt.
Da sich die Verbindung nach Zugabe der konzentrierten Salzsäure unter Gasbildung zersetzt enthält die Verbindung Carbonat-Ionen, es ist also Kalk entstanden und nicht Gips, da sich dieser nicht zersetzen würde.

3 Vorteile des Konzepts gegenüber dem Säure- und Base-Konzept nach Lewis

  • Lewis' Einordnung der Säure- und Basenstärke nach Acidität funktioniert nicht

  • Pearson's Konzept lässt sich leicht anwenden

  • Qualitative Abschätzung der Säure- und Basenstärke nach Pearson führt in den meisten Fällen schnell zum richtigen Ergebnis


Zusammenfassung. Mit dem Konzept nach Pearson lässt sich die Stabilität von Verbindungen vorhersagen, was vor allem bei Fällungs- und Komplexreaktionen wichtig ist. Wendet man das Konzept auf das in der Einleitung genannte Beispiel an, so wird klar, warum Kalk vor Gips ausfällt: Das Carbonat-Ion ist härter als das Sulfat-Ion, deswegen bildet sich mit dem harten Calcium-Ion eine stabilere Verbindung. Ebenso lässt sich die restliche Schichtung erklären, so bildet das harte Chlorid-Ion mit dem im Vergleich zum Kalium-Ion härteren Natrium-Ion die stabilere Verbindung, welche zuerst ausfällt und sich deswegen unter der Kaliumchlorid-Schicht wiederfindet.

Mit der sinnvollen Anwendung von einfachen Konzepten kann man also viel Zeit beim auswendig lernen sparen.


Literatur

  1. Holleman, Arnold; Wiberg, Erwin: Lehrbuch der Anorganische Chemie. Walter de Gruyter, Berlin 2007.
  2. Riedel, Erwin; Janiak, Christoph: Anorganische Chemie. Walter de Gruyter, Berlin 2011.
  3. Universität Kiel: Das HSAB-Prinzip (http://www.chemievorlesung.ipn.uni-kiel.de/metalle/HSAB-Prinzip.pdf). [21.12.2014]

Nach oben


E-Mail: Walter.Wagner ät uni-bayreuth.de, Stand: 12.01.15