Überlegungen zur Umsetzung des Lehrplans

Grundlagen in den Lehrplänen der Jgst. 8-12

• C_NTG 9.2 bzw. C 9.4 Quantitative Aspekte chemischer Reaktionen
• C_NTG 9.4 bzw. C 10.2 Protonenübergänge: Stoffmengenkonzentration
• C 11.6 Aminosäuren und Proteine: isoelektrischer Punkt

Vorschläge zu Inhalten und Niveau

• Herleiten der Näherungsformeln:
  Gedankenschritte:
  1. Schritt: Eine bestimmte Menge einer Säure wird in Wasser gegeben -> molare Anfangskonzentration c₀(HA) der Säure; kein Molekül liegt in dissoziierter Form vor.
  2. Schritt: Säure protolysiert (teilweise), weil sich ein Gleichgewicht einstellt.
  →  Die Konzentrationen c₀(HA) sinkt um x mol/l: c_GG(HA) = c₀(HA) - x mol/l.
  Diskussion der „Größe“ von x bei starken und schwachen Säuren bzw. Basen:
  Bei starken und schwachen Säuren bzw. Basen ist eine Vereinfachung mithilfe einer Näherung möglich.
  Wässrige Lösungen starker Säuren:

  

  Aufgrund der fast vollständigen Protolyse gilt: c₀ (HX) ~ c_GG(H₃O⁺)

  pH = -lg c_GG(H₃O⁺) = -lg c₀(HX)

   

  Wässrige Lösungen schwacher Säuren:

  

  K_S = c_GG(H₃O⁺) • c_GG(X^-) / c_GG(HX) 

  K_S = c_GG(H₃O⁺)² / (c₀(HX) - c_GG(H₃O⁺))

   

  Näherung:

  Aufgrund der sehr geringen Protolsye gilt: c₀(HX) - c_GG(H₃O+) ~ c₀(HX)

  Zudem kann die Autoprotolyse des Wassers unberücksichtigt bleiben.

  →  K_S = c_GG(H₃O⁺)² / c₀(HX)  →  c_GG(H₃O⁺) = √(K_S • c₀(HX))  →  pH = 1/2(pK_S - lgc₀(HX))

   

  Überprüfung:

  z. B.: Essigsäure mit c = 1 mol/l: c(H₃O⁺)_Näherung = 4,24 • 10^-3 mol/l;  c(H₃O⁺)_exakt = 4,23 • 10^-3 mol/l

  → Die Näherungsformel ist zulässig. 

   

• Berechnungen ausgehend von verschiedenen Ausgangswerten:
  z. B.
  - Berechnung des pH-Wertes, wenn die Konzentration einer starken Säure/Base gegeben ist,
  - Berechnung der Konzentration einer Säure/Base aus dem pH-Wert,
  - Berechnung des pK_S/pK_B-Wertes aus dem pH-Wert.

• Berechnungen bei mittelstarken Säuren und Basen sind gemäß Lehrplan nicht erforderlich.