Häufigkeit der Teilchen (SB-26) Was für Teilchen liegen in einer wässrigen 1 M H2SO4-Lösung vor? In welchen relativen Mengen sind sie vorhanden? Erstelle eine Rangliste, beginne mit dem häufigsten Teilchen. pKs(H2SO4) sei -3, pks(HSO–4) = 1.92. Hinweis: Es kommen nur folgende Teilchen vor: H2O, H3O+, HSO–4, SO2-4, (fast) kein H2SO4, da Schwefelsäure eine starke Säure ist

Frage: (SB-26)    

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Was für Teilchen liegen in einer wässrigen 1 M H₂SO₄-Lösung vor? In welchen relativen Mengen sind sie vorhanden? Erstelle eine Rangliste, beginne mit dem häufigsten Teilchen.
pKs(H₂SO₄) sei -3, pks(HSO–4) = 1.92.
Hinweis: Es kommen nur folgende Teilchen vor: H₂O, H₃O⁺, HSO–4, SO2-4, (fast) kein H₂SO₄, da Schwefelsäure eine starke Säure ist

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Lösung:

1. Der pKs(H₂SO₄) = -3, das heisst also, dass H₂SO₄ eine sehr starke Säure ist, und somit fast zu 100% sein erstes (!) H⁺ abgibt. Damit bleibt aber (fast) kein H₂SO₄ übrig.
   x > y > z > c(H₂SO₄)
2. Der Zusatz 1 M H₂SO₄ besagt, dass pro Liter Wasser (=1000 g/M(H₂O) = 55 mol) nur ein Mol H₂SO₄ vorhanden ist. Das Wasser ist also eindeutig im Überschuss: 55.5 mol H₂O + 1 mol H₂SO4 –> 54.5 mol H₂O + 0 mol H₂SO₄ + 1 mol H⁺
   c(H₂O) > x > y > z > c(H₂SO₄). Offen sind also noch c(H₃O⁺), c(HSO–4), c(SO2-4)
3. Der pks(HSO–4) = 1.92, also ca. 2 besagt, dass beim Start von (z.B.) 1000 HSO–4 sich im GW ca. ein Hundertstel (pKs = 2 = -log(0.01) = -log(1/100)) auf der Seite des Produkte (also SO2-4) befindet, der grosse Rest verbleibt beim Edukt (: HSO–4). Es gilt u.a. also:
   c(HSO–4) > c(SO2-4)
4. Offen ist noch die Frage nach H₃O⁺. Aus der ersten Reaktion entsteht mindestens ein Mol, bei weiteren Folgereaktionen entstehen weitere H₃O⁺. Alle anderen Konzentrationen bewegen sich in der Grössenordnungen unter einem Mol.
5. Somit ergibt sich folgende Abfolge:
   c(H₂O) > c(H₃O⁺) > c(HSO–4) > c(SO2-4) > H₂SO₄.

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