Zusammenhang zwischen dem pKs-Wert und dem pH-Wert

Gemäß seiner Definition ist der pKs-Wert das Maß für die Stärke einer Säure, d.h. je kleiner der pKs-Wert ist (bzw. je negativer), desto stärker ist die Säure. Daher steht immer die Frage nach dem Zusammenhang zwischen dem pKs-Wert und dem pH-Wert. Über den Zusammenhang gibt es auch oft unterschiedliche Meinungen, da ein der pH-Wert einer Lösung von der Säurestärke (dem pKs-Wert) und der Konzentration der Säure abhängt. Ist also die Säurekonzentration immer gleich, besteht zwischen dem pH-Wert und dem pKs-Wert ein direkter Zusammenhang. Ist die Säurekonzentration (der Säuren, die man vergleicht) nicht gleich, kann es sein, dass eine “starke” Säure in niedriger Konzentration (in einer wässrigen Lösung) einen höheren pH-Wert hat, als eine “mittelstarke” Säure in einer hohen Konzentration.

Zusammenhang zwischen pKs-Wert und dem pH-Wert

Wie eingangs erwähnt, kann man einen Zusammenhang zwischen pH-Wert und pKs-Wert (unter bestimmten Bedingungen) herleiten. Die beiden chemischen Größen sind “primär” zur Charakterisierung von Stoffen gedacht.

  • Der pKs-Wert gibt an, wie stark eine Säure ist, wie “stark” das Bestreben der Säure ist, ein Proton abzugeben. Der pKs-Wert chrakterisiert also eine “Säure”. Der pKs-Wert teilt Säuren ein in: (sehr) starke Säure, mittelstarke Säuren, schwache Säuren
  • Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der “Protonen”konzentration in Lösung. Der pH-Wert charakterisiert also die Eigenschaft einer (wässrigen) Lösung: sauer, neutral, basisch

Der pKs-Wert ist eine spezifische Stoffgröße, jede Säure hat einen (für diese Säure) spezifischen pKs-Wert, während der pH-Wert die Protonenkonzentration einer Lösung beschreibt, und die hängt (für schwache und mittelstarke) Säuren von der Säurestärke und der Konzentration der Säure ab.

Warum es keinen strengen “rechnerischen” Zusammenhang zwischen dem pKs-Wert und dem pH-Wert gibt, zeigt bereits die Formel zur Berechnung einer (sehr) starken Säuren in Lösung. Für eine solche Lösung gilt: pH = -log{c(HA)} – wie wir sehen, taucht in der Formel die Säurestärke nicht auf. Wenn man die Herleitung die Säurekonstante kennt, versteht man, warum bei starken Säuren keine Säurekonstante auftaucht. Die Säurekonstante wird aus dem Massenwirkungsgesetz hergeleitet und dieses Gesetz gilt nur für Gleichgewichtsreaktionen (und die Protolysereaktion einer starken Säure ist keine Gleichgewichtsreaktion – siehe für die Herleitung das entsprechende Kapitel im Bereich “Säure-Basen”).

Für mittelstarke und schwache Säuren liegt ein Gleichgewicht in Lösung vor, die Säurekonstante kann hergeleitet werden und beeinflusst auch den pH-Wert einer wässrigen Lösung. Für solche Lösungen gilt: pH = 0,5 ·[pKs – log{c(HA)}]. Der pH-Wert ist in diesem Fall abhängig von der Säurekonstante (Säurestärke) und der Konzentration der Lösung.

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