pH-Wert-Berechnungen

Inhaltsverzeichnis zum Thema

• Was ist der pH-Wert?
• Dissoziation von Säuren und Basen
• pH-Wert von starken Säuren und Basen
• pH-Wert von schwachen Säuren und Basen

Was ist der pH-Wert?

Der pH-Wert ist ein Maß die Konzentration an Oxoniumionen im Wasser. Wassermoleküle dissoziieren immer zu einem gewissen Teil in ihre Ionen. Die Wassermoleküle liegen dabei im Gleichgewicht mit den positiv geladenen Oxoniumionen und den negativ geladenen Hydroxidionen. Man spricht dabei auch von der Autoprotolyse des Wassers.

Bei dieser Reaktion findet ein Protonenübergang statt. Ein Proton eines Wassermoleküls geht dabei auf ein zweites Wassermolekül über. Wasser reagiert also sowohl als Säure (Protonendonator) als auch als Base (Protonenakzeptor). Man nennt Wassermoleküle daher auch amphoter.

Das Gleichgewicht der Autoprotolyse liegt dabei weit auf Seiten der Wassermoleküle. Es dissoziiert also nur ein geringer Teil. Die Konzentration der Oxoniumionen in neutralem Wasser ist gleich der Konzentration der Hydroxidionen.

Der pH-Wert von neutralen Lösungen beträgt 7. Nun kannst du auch den Zusammenhang zwischen pH-Wert und Konzentration der Oxoniumionen erkennen. Der pH-Wert ist der negativ dekadische Logarithmus der Konzentration an Oxoniumionen. Je mehr dieser Ionen in Lösung, desto saurer reagiert die Lösung.

Dissoziation von Säuren und Basen

Werden nun Säuren und Basen in Wasser gelöst, dann dissoziieren auch sie. Säuren geben ein Proton an das Wasser ab und es bilden sich Oxoniumionen und ein Säurerestion. Basen dissoziieren in ein positives Kation und ein Hydroxidion. Das Zufügen einer Säure oder einer Base zum Wasser beeinflusst also die Konzentration an Oxoniumionen oder Hydroxidionen in dem Wasser. Wird also Säure hinzugefügt, erhöht sich die Konzentration an Oxoniumionen in der Lösung und die Lösung wird saurer, der pH-Wert sinkt.

Um wie viel der pH-Wert der Lösung sinkt, hängt unter anderem von der Säurestärke ab. Die Säurestärke ist ein Maß für die Fähigkeit einer Säure in Lösung zu dissoziieren. Je stärker also die Säure ist, desto weiter liegt das Gleichgewicht der Reaktion auf Seiten der dissoziierten Ionen. Berechnen lässt sich die Lage des Gleichgewichtes über das Massenwirkungsgesetz.

Ist die Säurekonstante Ks sehr groß und damit der pKs-Wert der Säure sehr klein, dann handelt es sich um eine starke Säure.

pH-Wert von starken Säuren und Basen

Soll von einer starken Säure der pH-Wert bestimmt werden, dann kann einfach die Konzentration der Säure gleich der Konzentration der Oxoniumionen gesetzt werden, da die Säure vollständig in ihre Ionen dissoziiert. In die Formel zur Berechnung des pH-Wertes wird dann die Säurekonzentration eingesetzt. Wollen wir den pH-Wert einer 0,01 molaren Salzsäure bestimmen, ergibt sich daraus der pH-Wert von 2.

Ähnlich wird auch bei der Berechnung von starken Basen vorgegangen. Hier muss aber beachtet werden, dass die Konzentration der Base mit der Konzentration an Hydroxidionen gleichgesetzt wird. Der negativ dekadische Logarithmus ergibt dann den pOH-Wert. Dieser muss nun noch von 14 subtrahiert werden, um den pH-Wert der Lösung zu erhalten. Wird also der pH-Wert einer 0,01 molaren Natronlauge berechnet, dann ergibt sich ein pH-Wert von 12.

pH-Wert von schwachen Säuren und Basen

Soll nun aber der pH-Wert von schwachen Säuren und Basen berechnet werden, dann kann die Konzentration der Lösung nicht einfach der Ionenkonzentration gleichgesetzt werden. Bei schwachen Säuren und Basen liegt ein großer Teil undissoziiert vor. Aus dem Massenwirkungsgesetz lässt sich aber auch dafür eine Formel herleiten.