Wie wir bereits bei der pH-Berechnun von starken Säuren gesehen haben, berechnet man den pH-Wert einer wässrigen Säure aus dem negativen dekadischen Logarithmus der Konzentration der Oxoniumionen. Allerdings muss man hierbei zwischen starken und schwachen Säuren unterscheiden.
Von schwachen Säuren spricht man, wenn die Säure nicht vollständig in deprotonierter Form vorliegt. Bei (sehr) schwachen Säuren liegt also ein geringer Dissoziationsgrad vor, in der Regel liegt die Säure mehrheitlich in ursprünglicher (d.h. protonierter) Form vor.
Da die schwache Säure nur teilweise ihre Protonen abgibt, entspricht die Konzentration der Oxonium-Ionen nicht der (Anfangs-) Konzentration der Säure.
Da eine schwache Säure nicht vollständig deprotolysiert, muss zur Berechnung des pH-Wertes (ähnlich wie beim Löslichkeitsprodukt) das Massenwirkungsgesetz für die Reaktion aufgestellt werden
Für diese Reaktion gilt folgender Ansatz des Massenwirkungsgesetz
Als nächstes werden (zur pH-Berechnung von schwachen Säuren) folgende Annahmen getroffen:
Damit lässt sich K folgendermassen vereinfach:
Zuletzt noch eine Vereinfachung:
Damit erhält man:
Formt man um, so erhält man:
Mit pH = – log c(H3O+) erhält man:
Beispiel:
Man hat 10-1 mol/L Essigsäure mit einem pKs-Wert von 4,75. Somit erhält man einen pH-Wert von: pH = 0.5(4,75 – (log 10-1)) = 2,875
Der pH-Wert ist eine Maßeinheit, die anzeigt, wie sauer oder basisch eine Lösung ist. Er wird durch die Formel pH = -log[H+] definiert, wobei [H+] die Konzentration der Hydroniumionen in der Lösung ist.
Die Ka-Konstante ist die Gleichgewichtskonstante für eine Säure. Sie ist ein Maß für das Ausmaß, in dem eine Säure in Wasser dissoziiert (also in ihre Bestandteile zerfällt), und hilft, das Verhalten und die Stärke der Säure in Wasser zu beschreiben.
Der pH-Wert einer schwachen Säure wird üblicherweise durch den Gebrauch des -log[H3O+] oder der Ka Formel (Henderson-Hasselbalch-Gleichung) berechnet, der das Gleichgewicht zwischen nicht-dissoziierter Säure und ihrem dissoziierten Zustand beschreibt.
Das Ionenprodukt des Wassers (Kw) gibt die Konzentration der Hydronium– und Hydroxidionen in reinem Wasser an. Bei 25 °C beträgt Kw 1.0 x 10^-14 mol²/l².
Wenn man verdünnte Säure hinzufügt, nimmt die Konzentration der Hydroniumionen zu und der pH-Wert vermindert sich, da die Lösung saurer wird.
Wenn man eine Basis zu einer Säure hinzufügt, nimmt die Konzentration der Hydroniumionen ab und der pH-Wert vergrößert sich, weil die Lösung weniger sauer (also basischer) wird.
Die Henderson-Hasselbalch-Gleichung ist eine modifizierte Version der Säure-Konstanten-Gleichung, die für die Berechnung des pH-Werts von Puffersystemen verwendet wird. Sie lautet: pH = pKa + log([A-]/[HA])
Mit steigender Temperatur nimmt die Dissoziation der Wassermoleküle zu und somit ändert sich auch das Ionenprodukt des Wassers (Kw). Dies kann dazu führen, dass sich auch der pH-Wert verändert.
Je höher die Konzentration der Säure ist, desto mehr Hydroniumionen sind vorhanden und desto niedriger ist der pH-Wert. Ein höherer pH-Wert entspricht also einer geringeren Säurekonzentration.
Puffer sind Lösungen, die den pH-Wert konstant halten, indem sie überschüssige Hydronium- oder Hydroxidionen aufnehmen. Sie bestehen aus einer schwachen Säure und ihrer konjugierten Base oder umgekehrt. Sie verhindern große Schwankungen im pH-Wert.