EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

116 116 Berechnung des pH-Wertes Berechnung des pH-Werts pH-Wert von Lösungen einprotoniger Säuren Einprotonige Säuren sind Säuren, die nur ein H + -Ion abgeben können. Jede Säure reagiert in Wasser folgendermaßen: HA + H 2 O H 3 O + + A – zu Beginn: c 0 0 0 im Gleichgewicht: c 0 – x x x ⇒ x = [H 3 O + ] pH = – lg x Diese quadratische Gleichung ist natürlich lösbar. Aber bei Lösungen sehr starker Säuren (p K A ≤ 0) und bei Lösungen schwacher Säuren (p K A > 4) kann man die pH- Wertberechnung vereinfachen. Vereinfachungen Vereinfachungen für starke Säuren (p K A ≤ 0) für schwache Säuren (p K A > 4) vollständige Reaktion fast keine Reaktion x ≈ c 0 ⇒ pH = – lg c 0 c 0 - x ≈ c 0 ⇒ ⇒ durch Umformen erhält man: pH = 1/2 • (p K A – lg c 0 ) Bei Säuren mit einem p K A -Wert zwischen 0 und 4 muss man in die quadratische Gleichung einsetzen. pH-Wert von basischen Lösungen Basen nehmen ein H + –Ion auf. Jede Base reagiert in Wasser folgendermaßen: B – + H 2 O OH – + HB zu Beginn: c 0 0 0 im Gleichgewicht: c 0 – y y y ⇒ y = [OH – ] → pOH = – lg y → pH = 14 – pOH Diese quadratische Gleichung ist natürlich lösbar. Aber bei Lösungen sehr starker Basen (im Prinzip nur das OH – -Ion) und bei Lösungen schwacher Basen (p K B > 4) kann man die pH-Wertberechnung vereinfachen. Vereinfachungen Vereinfachungen für starke Basen (p K B ≤ 0) für schwache Basen (p K B > 4) vollständige Reaktion fast keine Reaktion y ≈ c 0 ⇒ pOH = – lg c 0 c 0 - y ≈ c 0 ⇒ ⇒ ⇒ pH = 14 – pOH durch Umformen erhält man: pOH = 1/2 • (p K B – lg c 0 ) ⇒ pH = 14 – pOH Bei Basen mit einem p K B -Wert zwischen 0 und 4 muss man in die quadratische Gleichung einsetzen. Vorgehensweise bei pH-Wertberechnungen Wie bei allen Berechnungen hilft ein geordnetes Arbeiten. Im Infokasten sind die vier vereinfachten Formeln, die man für die pH-Wertberechnung braucht, zusam- mengestellt. Beispiel Der gegebene Stoff ist ❐ eine Säure ❐ eine Base und muss daher einen pH-Wert ❐ über 7 ❐ unter 7 haben. Der Stoff hat einen ❐ p K A -Wert ❐ p K B -Wert von _______ und ist daher ❐ schwach ❐ stark. Man braucht daher Formel ______ . Wenn der Stoff ein Ampholyt ist (zB Ammoniak), so muss man zuerst feststellen, ob die saure oder die basische Wirkung überwiegt. K A = = [H 3 O + ] • [A – ] [HA] x 2 c 0 – x K A = x K A = x 2 c 0 • c 0 K B = = [OH – ] • [HB] [B – ] y 2 c 0 – y K B = y K B = y 2 c 0 • c 0 Vereinfachte „pH-Wert-Formeln“ Starke Säure (pK A < 0) pH = – lg c 0 schwache Säure (pK A > 4) pH = 1/2 • (p K A – lg c 0 ) Starke Base (nur OH – ) pOH = – lg c 0 pH = 14 – pOH schwache Base (pK B > 4) pOH = 1/2 • (p K B – lg c 0 ) pH = 14 – pOH Üb Übung 116.1 Ordne die pH-Werte 1, 3, 7, 9 und 12 den Lösun- gen A bis E zu: Wasser-Molekül Säure-Molekül Metall-Kation H 3 O + -Ion Säure-Anion OH – -Ion A B C D E pH = pH = pH = pH = pH = 1 2 3 4 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv