Berechnung des pH-Wertes bei starken Säuren

Gibt man eine Säuren in Wasser, so gibt die Säure (unterschiedlich stark) ihre Protonen ab. Zur Berechnung des pH-Wertes gilt für eine wässrige Lösung: pH = – log c(H₃O+). Allerdings müssen wir (wie in einem einführenden Kapitel) bei der Berechnung des pH-Werts zwischen starken und schwachen Säuren unterscheiden.

Definition von starken Säuren

Von starken Säuren spricht man, wenn die Säure vollständig in ihrer deprotonierten Form vorliegt, das bedeutet, dass die Säure (fast) vollständig (als Reaktionsprodukt) in deprononierter Form vorliegt. Starke Säuren sind beispielsweise Salzsäure, Schwefelsäure oder Salpetersäure.

Berechnung des pH-Wertes einer starken Säure

Eine starke Säure liegt in wässriger Lösung fast ausschließlich in dissoziierter Form vor. Die Konzentration an H₃O⁺-Ionen entspricht also der eingesetzten Konzentration der Säure, die zu Beginn der Reaktion vorlag.

Allgemein gilt für starke Säuren: pH = – log c(Säure)

Beispiel:

Hat man eine (wässrige) Salzsäurelösung mit einer Konzentration von 0,1 mol/L, so ergibt sich für die Säure ein pH-Wert von pH = – log 0,1 = – log 10^-1 = 1

Berechnung des pH-Wertes bei starken Säuren – Testfragen/-aufgaben

1. Was ist der pH-Wert?

Der pH-Wert ist ein Maß für den Säuregehalt einer Lösung. Er wird auf einer Skala von 0 bis 14 gemessen, wobei 0 sehr sauer, 14 sehr alkalisch oder basisch und 7 neutral ist.

2. Wie berechnet man den pH-Wert einer starken Säure?

Der pH-Wert einer starken Säure wird durch den negativen Logarithmus der Konzentration der Hydronium-Ionen berechnet. Die Formel lautet: pH = -log[H+].

3. Was sind starke Säuren?

Starke Säuren sind Säuren, die in Wasser fast vollständig ionisieren (in Ionen zerfallen). Beispiele sind Salzsäure (HCl), Schwefelsäure (H2SO4) und Salpetersäure (HNO3).

4. Was ist die Unterschied zwischen starken und schwachen Säuren hinsichtlich der Berechnung des pH-Werts?

Der Unterschied liegt in der Ionisierung. Starke Säuren ionisieren vollständig in Wasser, sodass die Konzentration der Wasserstoffionen gleich der ursprünglichen Säurekonzentration ist. Bei schwachen Säuren ist dies nicht der Fall, und es muss das Gleichgewicht zwischen der Säure und ihren Ionen berücksichtigt werden.

5. Wie bezeichnet man die Skala, auf der der pH-Wert gemessen wird?

Die Skala, auf der der pH-Wert gemessen wird, nennt man die pH-Skala.

6. Was ist der pH-Wert von reinem Wasser?

Der pH-Wert von reinem Wasser beträgt 7, was es neutral macht.

7. Wie berechnet man den pH-Wert einer Hydrochloridsäure (HCl) Lösung mit einer Konzentration von 0,1 M?

Da HCl eine starke Säure ist, ionisiert sie vollständig. Daher können wir sagen, dass die Konzentration der Hydronium-Ionen gleich 0,1 M ist. Der pH-Wert kann dann mit der Formel pH = -log[H+] berechnet werden, was einen pH-Wert von 1 ergibt.

8. Was bedeutet es, wenn eine Lösung einen pH-Wert von 0 hat?

Ein pH-Wert von 0 bedeutet, dass die Lösung extrem sauer ist. Dies liegt daran, dass sie die höchste mögliche Konzentration an Hydronium-Ionen aufweist.

9. Welche Bedeutung hat der pH-Wert in der Chemie?

Der pH-Wert ist in der Chemie sehr wichtig, weil er uns zeigt, wie sauer oder alkalisch eine Lösung ist. Dies kann Auswirkungen auf chemische Reaktionen haben und ist oft entscheidend für das Gedeihen von Lebewesen.

10. Wie verändert sich der pH-Wert einer Lösung, wenn die Konzentration der Hydronium-Ionen verdoppelt wird?

Wenn die Konzentration der Hydronium-Ionen verdoppelt wird, verringert sich der pH-Wert. Da der pH-Wert der negative Logarithmus der Hydroniumionenkonzentration ist, führt Energiezunahme zu einer Abnahme des pH-Werts.