Chemie-Arbeitsblatt _ _ Klasse _ _ _ Name __________________________________________________________________Datum _ _ ._ _._ _

 

Brönsted-Lowry-Konzept der Säuren und Basen (II)

 

V1: Im Gasentwickler wird durch Zutropfen von konz. Ammoniak  __________ auf festes Natriumhydroxid  _______  Ammoniakgas ___________ hergestellt. Sobald das aus dem Rundkolben austretende Gas feuchtes  Indikatorpapier färbt, wird es zunächst auf die Oberfläche von aqua dest.  geleitet. Ein Teil dieser Lösung wird mit Bromthymolblau versetzt. Die Stromstärke dieser Lösung wird ca. 20 s lang gemessen bei einer Wechselspannung von U = 10 V.

V2: Das Ammoniakgas aus der Apparatur wird nun ca. 20 s lang in Methanol eingeleitet. Dabei wird die Stromstärke bei ebenfalls U = 10 V Wechselspannung gemessen.

V3: Der obige Versuch wird mit Toluol wiederholt. Die Messergebnisse werden tabelliert.

V4: Die Toluol-Lösung wird mit Wasser versetzt und durchgerührt. Dann wird die Stromstärke bei U=10 V gemessen - einmal in der oberen Phase, dann in der unteren Phase.

V5: Der Rundkolben wird vom Gasentwickler abgezogen und mit einem Quetschhahn verschlossen.  Mit dem  Rundkolben wird gemäß der Abb. der Springbrunnenversuch durchgeführt. Das Wasser in der Glasschale ist mit Bromthymolblau gefärbt. 

Arbeitsaufträge: Interpretiere die Ergebnisse aus den Messungen der Stromstärke. Gebe dabei die Formeln und Namen der Teilchen an.
Lösungsmittel Wasser Methanol Toluol
I [mA]           

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2. Erkläre den Springbrunnenversuch! ______________________________________

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3. Löst sich Ammoniakgas in Toluol auf? Deute die Versuchsergebnisse!

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4. Vergleiche die alkalische Reaktion von Ammoniakgas mit der der Hydroxide NaOH, KOH usw. Wo sind die Unterschiede, wo die Gemeinsamkeiten? Vergleiche hier vor allem den Lösungsvorgang!

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Lösungen:

 
V1:-Lösungswörter: NH3(aq), NaOH(s), NH3(g)

Arbeitsaufträge:

1. Interpretiere die Ergebnisse aus den Messungen der  Stromstärke.

Ammoniakgas NH3(g) löst sich in Wasser, Methanol und Toluol. Aber nur die Lösungen in Wasser und Methanol leiten den elektrischen Strom. Also müssen in diesen Lösungen elektrische Ladungsträger entstanden sein. Dabei entstehen in Wasser mehr Ionen als in Methanol.

Die Farbreaktion von Bromthymolblau weist auf die Entstehung einer Lauge = wässrige Form einer Base hin.

Nach Brönsted ergibt sich damit folgende Deutung: Wasser + Ammoniak ---> Hydroxid-Ion +  Ammonium-Ion

                                                                            H2O(l)  +    NH3(g)   --->   OH¯ (aq)    +    NH4+(aq)

Auch in Methanol entstehen, wenn auch in geringerem Maße, Ionen: CH3OH(l)  +  NH3(g)  ---> CH3O¯ (l)  +  NH4+(me)

 
2. Erkläre den Springbrunnenversuch!

Ammoniakgas NH3(g) löst sich noch besser in Wasser als Chlorwasserstoffgas: 770 L Ammoniakgas lösen sich in 1 L Wasser bei 20 °C zu einer gesättigten Lösung (Chemie-Tabellen, von Herrler/Winkler, Köln 1976). Bei ersten Kontakt Gas-Wasser führt die extreme Löslichkeit zu einem Unterdruck, der das Wasser im Kolben hochspringen lässt: Springbrunnen.

 

3. Löst sich Ammoniakgas in Toluol auf? Deute die Versuchsergebnisse!

Ammoniakgas ist in Toluol nicht oder nur minimal löslich. Bei Zugabe von Wasser geht Ammoniakgas in Wasser über, dissoziiert, die Leitfähigkeit steigt rapide an. Dabei ist die obere Phase des Gemisches Toluol, die untere Wasser.

 

4. Vergleiche die alkalische Reaktion von Ammoniakgas mit der der Hydroxide NaOH, KOH usw. Wo sind die Unterschiede, wo die Gemeinsamkeiten? Vergleiche hier vor allem den Lösungsvorgang!

Die Hydroxide NaOH(s), KOH(s), Ca(OH)2(s) sind in fester Form Ionenverbindungen: Das Kristallgitter besteht aus positiv geladenen Kationen und dem negativ geladenen Anion = Hydroxidion OH¯ . Werden die festen Hydroxide in Wasser gelöst, entstehen Laugen, die alkalisch reagieren (Definition über die spezifische Färbung eines spezifischen Indikators). Die schon vorhandenen Ionen werden lediglich hydratisiert.

Wenn nun die Lösung von Ammoniak in Wasser mit einem entsprechenden Indikator ebenso spezifisch reagiert, müssen Hydroxid-Ionen entstanden sein.
Das geht nur, wenn Ammoniakgas mit Wasser chemisch reagiert: NH3(g)   +  H2O(l)   ---->  
OH¯ (aq)    +    NH4+(aq)

In dieser Interpretation ist dann Wasser nicht einfach ein Lösungsmittel, sondern Reaktionspartner: Das Wassermolekül funktioniert als Protonendonator, das Ammoniakmolekül als Protonenakzeptor.

Nach Brönsted ist das Wasser funktionaler Bestandteil der Reaktion: Ohne Wasser keine Dissoziation, keine Ionenbildung, keine Leitfähigkeit. Die chemische Reaktion mit Wasser ist der entscheidende Punkt. Damit wird Wasser von einem Medium = flüssiger Phase, in dem sich Ammoniakmoleküle verteilen, zu einem Reaktionspartner, der die Assoziation eines Protons an das Ammoniakmolekül durch Abspaltung eines solchen erst ermöglicht. Damit wird Wasser zu einem Protonendonator, der diese Funktion ohne den Protonenakzeptor Ammoniak nicht erfüllen kann.
Das Arrhenius-Konzept beschreibt einen Teilchenvorgang, das Brönsted-Konzept einen funktionalen Zusammenhang. In eingeschränktem Maße gelten diese Aussagen auch für Methanol: Methanol wird zum Protonendonator, wird also zu einer Funktion und verlässt die Rolle als einfaches Lösungsmittel.

Damit wird deutlich, dass Wasser sowohl die Funktion als Protonendonator wie auch als Protonenakzeptor erfüllen kann, je nach Reaktionspartner!

Das Arbeitsblatt wurde entwickelt nach einer Vorgabe von M. Tausch/M.v.Wachtendonk: Unterrichtspraxis SII: Chemie, Band 1: Protolysengleichgewichte, aus dem Aulis-Verlag; Köln bzw. M. Tausch/M.v.Wachtendonk: Chemie SII, Stoff-Formel-Umwelt, C.C. Buchner, Bamberg

 

update am: 17.04.17                                                                                                                                                                              zurück        zur Hauptseite