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Berechnung des pH-Wertes


 
 
Was versteht man unter dem pH-Wert?

Der pH-Wert ist eine wesentliche chemische Größe, um die Acidität einer (wässrigen) Lösung anzuzeigen. Allgemein zeigt der pH-Wert den sauren oder basischen Charakter einer wässrigen Lösung.

Dabei gibt es folgende pH-Wert-Zuordnungen (bei wässrigen Systemen)
  • Gilt pH < 7 liegt eine "saure" Lösung vor 
  • Gilt pH = 7 liegt eine "neutrale" Lösung vor
  • Gilt pH > 7 liegt eine "basische" Lösung
Der Begriff "pH" stammt aus dem Lateinischen und steht für potentia Hydrogenii (weshalb man auch "pH" und nicht "Ph" oder "ph" schreibt) und steht "sinngemäß" für die Wasserstoff(ionen)-Konzentration. Damit man -wie in der Chemie üblich- nicht mit "großen" Größen rechnen muss, ist entspricht der pH-Wert einer Lösung nicht deren Protonenkonzentration, sondern der negative dekadische Logarithmus der Protonenkonzentration.

pH = - log (Protonenkonzentration)

Dies hat zur Folge, dass je größer die Protonenkonzentration ist, umso kleiner der pH-Wert (desto saurer ist die Lösung). Ist die Protonenkonzentration relativ klein, so ist der pH-Wert umso größer (desto basischer ist die Lösung). => Je höher die Protonenkonzentration, umso kleiner ist der pH-Wert

pH = - log (0,1)   = 1
pH = - log (0,01) = 2

 

Definition von Säure und  deren pH-Berechnung:

In einem einführenden Kapitel haben wir (nach der Brönstedt-Definition) gelernt, dass Säuren Protonen abgeben, werden also als Protonendonatoren bezeichnet. Nicht alle Säuren geben aber ihre Protonen vollständig ab. Wie wir in späteren Kapiteln sehen werden, liegen starke Säuren fast vollständig dissoziiert vor (vollständige Abgabe aller Protonen), weshalb in diesem Fall die pH-Wert-Berechnung relativ einfach ist. Bei der Berechnung der Protonenkonzentration von nicht-starken Säuren muss diese über das Massenwirkungsgesetz bestimmt werden. Liegt eine mehrprotonige starke Säure vor, so kann diese Säure auch mehr als ein Proton pro Molekül abgeben.

In nicht-wässrigen Lösungen kann auch ein "pH-Wert" von kleiner Null "entstehen" (durch sogenannte Supersäuren). In wässrigen  Lösungen liegt der pH-Wert zwischen 0 (= stark sauer) und 14 (= stark basisch). 



Warum kann eine Säure nicht einen basischen Charakter haben?

Diese frage stellt sich oft, wenn man nur die Formel zur Berechnung des pH-Wertes betrachtet. Nehmen wir an, wir haben eine Protonenkonzentration von 10-8 mol/l in einer Salzsäure-Lösung. Dann hätte diese Lösung "theoretisch" einen pH-Wert von -log (10-8) = 8. Damit wäre diese Salzsäure-Lösung basisch.

Was man bei verdünnten "wässrigen" Säuren nicht vergessen darf, ist, dass Wasser ein sogenannter Ampholyt ist. Ein Ampholyt ist ein Stoff der (je nach Reaktionspartner) Säure oder Base sein kann. Daher reagieren auch Wassermoleküle in einer Säure-Base-Reaktion miteinander, was als die Eigendissoziation bzw. Autoprotoylse des Wassers bezeichnet wird. Daher beträgt in einer wässrigen Lösung die Protonenkonzentration des Wassers10 -7 mol/l.

Damit hätte eine 10-8 mol/l wässrige Salzsäure-Lösung einen pH-Wert von -log ( 10-7 + 10-8) = 6,96 (was auch dem echten Wert entspricht). Der Wert der Protonenkonzentration der Autoprotolyse darf bei stark verdünnten Säuren nicht vernachlässigt werden