3.2 Ammoniak-Gas + Wasser (Springbrunnen 2)

a) Versuch:

b) Beobachtung:

Das Wasser „schießt“ bergauf in den Rundkolben. Die Indikatorfarbe schlägt nach blau um. Die blaue wässrige Lösung riecht nach Ammoniak.

c) Erklärung:
Ammoniak-Gas löst sich sehr gut im Wasser und reagiert z.T. mit Wasser. Im Zylinder entsteht ein Unterdruck. Die Hydroxid-Ionen färben den Universalindikator blau.

d) Reaktionsgleichung (mit Strukturformeln und Summenformeln)

Versucht diese erst selber zu formulieren!

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Formuliert das Protolyseschema zu formulieren: 

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e) Protolyseschema

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Exkurs: Was macht den Sprudel sauer?

Sprudel: CO₂ (g) + H₂O (g) ⇌  “H₂CO₃" (aq)  instabil, siehe Erlenmeyer-Regel

1. Protolysestufe: H₂CO₃ (aq) + H₂O (l) ⇌ HCO₃⁻ (aq) + H₃O⁺ (aq) 
2. Protolysestufe: HCO₃⁻ (aq) + H₂O (l) ⇌ CO₃²⁻ (aq) + H₃O⁺ (aq)

Nachweis der H₃O⁺-Ionen durch?

a) Geschmack
b) pH-Papier 
c) pH-Meter

pH(Sprudel) = 5,1
pH = - lg c(H₃O⁺)
c(H₃O⁺) = 10^-pH
= 10^-5,1
= 7,9 • 10^-6 = 0,0000079 mol/L

5. Indikatoren

I.d.R. ist ein Säure-Base-Indikator eine schwache, farbige organische Säure, deren korrespondierende Base eine andere Farbe hat.

       HIn             +        H₂O        ⇌        In⁻        +                                           H₃O⁺ 
Indikatorsäure                                    korrespondierende Indikatorbase
(Farbe 1)                                             (Farbe 2)

Prinzip des kleinsten Zwanges (Le Chatelier):

Eine hohe H₃O⁺-Konzentration drängt das GG nach links. u.U. Pfeile ⇨ rot
Zusatz einer Base verringert H₃O⁺-Konzentration ⇨ GG wird nach rechts gedrängt  ⇨ blau

Hinweis: Die Farben sind willkürlich gewählt. Andere Indikatoren ergeben natürlich andere Farben. 

Bspw.: Phenolphthalein: Sauer bis neutral = farblos, alkalisch = pink

Berechnung des pH-Wertes einer Lösung (Puffergleich, Henderson-Hasselbalch-Gleichung):

Beispiel:
Lackmus

pKS = 7 KS = 10⁻⁷

a) Berechne das Konzentrationsverhältnis von HIn (rot) zu In⁻ (blau) bei pH = 5!

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⇨ 100fach höhere Konzentration an HIn.

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b) Welche Farbe hat der Indikator bei pH = 8?

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c) Welche Farbe liegt bei einem pH = 7 vor?

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Mischfarbe (Purpur).

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Der pH-Bereich, in dem die Farbe eines Indikators umschlägt liegt demnach immer beim pK_S-Wert der schwachen Säure HIn. Vgl. dazu auch Henderson-Hasselbalch-Gleichung. 

Lackmus schlägt im Bereich um pH = pK_S = 7 um.