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Säuren – Ks- und pKs-Wert

Tauche ein in die Welt der Chemie und entdecke, was sich hinter den Begriffen $K_s$-Wert und $pK_s$-Wert verbirgt! Wir erklären dir im Folgenden, wie diese Maße für die Säurestärke definiert und berechnet werden und welche Rolle sie dabei spielen. Du möchtest mehr erfahren? Dann vertiefe dein Wissen mit unserem Text!

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Die Autor*innen
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André Otto
Säuren – Ks- und pKs-Wert
lernst du in der Oberstufe 8. Klasse - 9. Klasse

Säuren – Ks- und pKs-Wert Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Säuren – Ks- und pKs-Wert kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib wieder, wie man den $K_S$-Wert berechnet.

    Tipps

    Bei einer Kondensationsreaktion entsteht als ein Reaktionsprodukt Wasser.

    Lösung

    Die Säurekonstante gibt wieder, welcher Anteil der Säuremoleküle in dissoziierter Form vorliegt. Genau dieses Verhältnis wird durch die Gleichgewichtskonstante der Reaktion bestimmt. Daher verwendet man die Gleichgewichtskonstante einer Dissoziationsreaktion auch als Säurekonstante und bezeichnet sie mit $K_S$.

  • Fasse zusammen, was der $K_S$-Wert und der $pK_S$-Wert aussagen.

    Tipps

    Die wässrige Lösung einer starken Säure enthält eine hohe Konzentration an $H_3O^+$-Ionen!

    Lösung

    Eine Säure ist dann besonders stark, wenn man nur wenig davon in Wasser geben muss, um einen sehr niedrigen pH-Wert zu verursachen. Das heißt, eine bestimmt Säurekonzentration verursacht eine möglichst hohe Konzentration an $H_3O^+$-Ionen.
    Das ist dann der Fall, wenn ein sehr großer Anteil der Säuremoleküle in dissoziierter Form vorliegt, also ein Wasserstoff-Ion abgegeben hat. Die Säurekonstante ist die Gleichgewichtskonstante der Dissoziierungsreaktion und ist damit umso größer, je höher der Anteil der dissoziierten Säuremoleküle ist.
    Daher ist $K_S$ bei einer starken Säure sehr groß. Daraus ergibt sich ein negativer Wert für $pK_S$.

  • Leite aus der Reaktionsgleichung einen Term zur Berechnung des $K_S$-Wertes ab.

    Tipps

    Beim Massenwirkungsgestz stehen die Konzentrationen der Edukte im Nenner.

    Lösung

    Um das Massenwirkungsgesetz aufzustellen, werden die Konzentrationen der Produkte multipliziert und durch das Produkt der Konzentrationen der Edukte dividiert.
    Die Edukte der Dissoziationsreaktion von Fluorwasserstoff sind Fluorid-Ionen ($F^-$) und Wasserstoff-Ionen ($H^+$). Das einzige Edukt dieser Reaktion ist Fluorwasserstoff ($HF$).
    Das Produkt der Konzentrationen von Fluorid- und Wasserstoff-Ionen muss also durch die Konzentration an Fluorwasserstoff dividiert werden, um die Säurekonstante zu berechnen.

  • Bestimme den $K_S$-Wert und den $pK_S$-Wert von Fluorwasserstoff.

    Tipps

    Im Zähler stehen die Konzentrationen der Produkte der Dissoziationsreaktion!

    Statt durch 0,1 zu dividieren, kann man auch mit 10 multiplizieren.

    Lösung

    Indem man Messwerte für die Konzentrationen von dissoziierten und nicht dissoziierten Säuremolekülen in das Massenwirkungsgesetz einträgt, erhält man den $K_S$-Wert einer Säure. Dabei muss man jedoch beachten, dass die Temperatur das Gleichgewicht beeinflusst. Daher ändert sich auch $K_S$, wenn man die Temperatur verändert.
    In diesem Beispiel ergibt die Rechnung ${{0,01 \cdot 0,01} \over {0,1}} = {{0,0001} \over {0,1}} = 0,001$ den $K_S$-Wert. Diese Zahl lässt sich leicht in eine Zehnerpotenz umrechnen: $0,001 = 10^{-3}$.
    Der negative dekadische Logarithmus von $10^{-3}$ ergibt einen $pK_S$-Wert von 3.

  • Beschreibe, wie man aus dem $K_S$-Wert den $pK_S$-Wert berechnet.

    Tipps

    Die Berechnung des $pK_S$-Werts aus der Säurekonstante gleicht der Berechnung des pH-Wertes aus der Konzentration der Hydroxonium-Ionen.

    Je größer $K_S$, desto kleiner ist $pK_S$.

    Lösung

    Eine Säure ist umso stärker, je höher der Anteil der dissoziierten Säuremoleküle ist: Wenn mehr Säuremoleküle dissoziieren, dann ist die Konzentration an $H_3O^+$-Ionen größer.
    Der $K_S$-Wert gibt diese Verhältnis an. Je höher dieser Wert ist, desto stärker ist also die Säure.
    Der $K_S$-Wert kann aber in einem sehr großen Zahlenbereich liegen: zwischen $10^{-10}$ bei sehr starken Säuren und $10^{20}$ bei sehr schwachen Säuren. Da diese Zahlen unhandlich sind, wird eigentlich immer nur der $pK_S$-Wert verwendet. Dieser wird ähnlich berechnet wie der pH-Wert einer Lösung: Man berechnet den negativen dekadischen Logarithmus des $K_S$-Wertes. Dieser liegt dann in der Regel zwischen -10 und 20 und ist damit gut zu handhaben.

  • Entscheide, welche Säure die stärkere Säure ist.

    Tipps

    Je größer $K_S$, desto kleiner $pK_S$!

    Lösung

    Eine Säure ist umso stärker, je höher der Anteil der dissoziierten Säuremoleküle ist: Wenn mehr Säuremoleküle dissoziieren, dann ist die Konzentration an $H_3O^+$-Ionen größer.
    Der $K_S$-Wert gibt diese Verhältnis an. Je höher dieser Wert ist, desto stärker ist also die Säure.
    Der $K_S$-Wert kann aber in einem sehr großen Zahlenbereich liegen: zwischen $10^{-10}$ bei sehr starken Säuren und $10^{20}$ bei sehr schwachen Säuren. Da diese Zahlen unhandlich sind, wird eigentlich immer nur der $pK_S$-Wert verwendet. Je kleiner dieser ist, desto stärker die Säure.
    Ein $K_S$-Wert von 0,008 entspricht einem $pK_S$-Wert von etwa 2,1. Eine zehnfach höhere Konzentration von dissoziierten Säuremolekülen entspricht einem $K_S$-Wert von 10, also einem $pK_S$-Wert von -1. Salpetersäure ist also die stärkere Säure. Essigsäure ist mit einem $pK_S$-Wert von 4,75 schwächer als diese beiden Säuren, Perchlorsäure mit einem $pK_S$-Wert von -10 ist deutlich stärker als die beiden Säuren.