Big Bang HTL 2, Schulbuch

94 Bereich Anorganische Technologie und Ökologie (II. Jahrgang, 4. Semester) Für eine exakte pH Bestimmung sind Indikatoren nicht ge- eignet, dafür gibt es ein elektronisches Messgerät namens pH-Meter . Es besteht aus einer Messelektrode und einer Rechen/An- zeige-Einheit. Die Messelektrode besteht unter anderem aus einer dünnen Glasmembran die sehr zerbrechlich ist und auch nicht austrocknen darf. Deshalb wird sie immer in einer KCl-Lösung aufbewahrt. Das Prinzip des pH-Meters ist der konzentrationsabhängige Spannungsunterschied zwi- schen zwei Wasserstoff-elektroden (siehe auch Kapitel 9) F17 Berechnen des pH-Wertes Oft kann es auch wichtig sein den pH-Wert nicht nur zu mes- sen, sondern auch zu berechnen. Dies ist zumindest für star- ke Säuren und Basen sehr einfach. pH-Wert starker Säuren Da starke Säuren in Wasser vollständig zu H 3 O + und A- rea- gieren kann die Konzentration der Säure mit der Konzentra- tion an H 3 O + gleichgesetzt werden. pH = –log c Säure Eine Salzsäure mit c = 0,01 mol pro Liter hat also mit pH = –log c HCl einen pH-Wert von 2. Eine Salpetersäure mit pH = 3 muss mit 3 = –log c HNO 3 eine Konzentration von 0,001 mol/l haben. V 7.3 Bestimmen des pH-Werts von Alltagsstoffen Geräte und Chemikalien: a) pH-Papier: großes Uhrglas, Glasstab, Spritzwasserflasche, Zellstoff, pH-Papier (1–14), Alltagsstoffe (z. B. siehe V 7.2) b) pH-Meter: zusätzlich noch: pH-Meter, Standardpuffer- lösungen, Bechergläser, Spritzwasserflasche Durchführung: a) Kleine Stücke (ca. 1–2 cm) des pH-Papiers werden auf das Uhrglas gelegt und mit dem Glasstab ein Tropfen des All- tagsstoffes hinaufgetropft. Bei Feststoffen kann das pH-Pa- pier mit Wasser zuerst befeuchtet werden und dann der Feststoff berührt werden. Zwischen den Messungen sollte der Glasstab gespült und trockengewischt werden. b) Entferne die Schutzkappe der pH-Elektrode und spüle gut mit Wasser. Kalibriere das pH-Meter mit den Standardpuff- erlösungen nach Anleitung des pH-Meters. Miss nun den pH-Wert möglichst vieler Stoffe. Aufgaben: –– Bestimme von möglichst vielen Stoffen den pH-Wert. Erstelle eine Tabelle und gruppiere dort die Stoffe nach Säuren, Basen und neutralen Stoffen. –– Vergleiche die Ergebnisse der beiden Bestimmungs- methoden. Wenn auch Versuch 7.2 durchgeführt wurde: Vergleiche auch diese Ergebnisse! e pH-Wert starker Basen Die häufig verwendeten starken Basen wie z. B. Natron- oder Kalilauge sind Hydroxidsalze von Alkalimetallen, die sich beim Auflösen in Wasser in ihre Alkalimetallkationen und Hydroxidionen aufspalten. Auch hier kann also die Konzen- tration der Base MeOH mit der Konzentration von OH – gleichgesetzt werden. pOH = –log c Base ® pH = 14 + log c Base Der pH-Wert einer 0,1 molaren NaOH-Lösung ist also: pH = 14 + log 0,1 = 13 Bei schwachen Säuren und Basen ist die Berechnung des pH-Wertes etwas komplizierter, aber auch durch einfache Formeln näherungsweise lösbar. Info: pH-Werte schwacher Säuren und Basen Zusammenfassung Das Maß für die Stärke einer sauren oder basischen Lösung ist der pH-Wert und damit die Konzentration an Oxoniumio- nen. pH = –log [H 3 O + ] pOH = –log [OH – ] ® pH = 14 – pOH Bestimmen lässt sich der pH-Wert mit Hilfe von Indikatoren (Farbstoffen) oder einem pH-Meter (Messgerät). pH-Werte schwacher Säuren und Basen Bei schwachen Säuren liegt im Wasser ja immer nur ein klei- ner Teil dissoziiert, also als H 3 O + und A – vor. Geht man von folgender Reaktionsgleichung und einer bekannten Konzen- tration der Säure HA mit c HA aus, gilt: HA + H 2 O A – + H 3 O + Zu Beginn: c HA 55,4 0 0 Im GGW: c HA -x 55,4-x x x Genähert c HA 55,4 x x Geht man von verdünnten Lösungen und einer schwachen Base aus, so ist x im Vergleich zu c HA und 55,4 vernachlässig- bar klein. Für Ks “ K S = [A – ] · [H 3 O + ] ____________ [HA] § folgt dann: K S = x 2 ___ c HA  ® x 2 = K s · c HA ® x = (K s · c HA ) 1/2 log x = 1 _ 2 · (log K s + log c HA ) | (–1) –log x =  1 _ 2 · (–log K s – log c HA ) mit x = [H 3 O + ] pH =  1 _ 2 · (pK s – log c HA ) pOH =  1 _ 2 · (pK B – log c B ) i Z Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv