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.


Zusammenhang zwischen dem pKs-Wert und dem pH-Wert – Testfragen/-aufgaben

1. Was bedeutet der pKs-Wert in Bezug auf eine Säure oder Base?

Der pKs-Wert ist ein Maß dafür, wie stark eine Säure ist. Er gibt an, wie vollständig eine Säure in Wasser zu Protonen (H+) und Anionen dissoziiert.

2. Was gibt der pH-Wert an?

Der pH-Wert ist ein Maß für die Konzentration an Hydroxid-Ionen in einer Lösung. Ein niedriger pH-Wert weist auf eine Hohe Konzentration an H+-Ionen und somit eine saure Lösung hin. Ein hoher pH-Wert weist auf eine hohe Konzentration an OH–Ionen und somit eine basische Lösung hin.

3. Wie ist der Zusammenhang zwischen dem pKs-Wert und dem pH-Wert einer Lösung?

Je höher der pKs-Wert, desto schwächer ist die Säure und desto höher ist der pH-Wert der Lösung.

4. Was passiert mit dem pH-Wert, wenn der pKs-Wert einer Säure niedrig ist?

Wenn der pKs-Wert einer Säure niedrig ist, dann handelt es sich um eine starke Säure. Daher wird der pH-Wert der Lösung niedrig sein.

5. Wie beeinflusst eine Veränderung des pKs-Wertes den pH-Wert einer Lösung?

Eine Änderung des pKs-Wertes führt zu einer entsprechenden Veränderung des pH-Wertes. Wenn der pKs-Wert steigt (die Säure wird schwächer), steigt auch der pH-Wert. Wenn der pKs-Wert sinkt (die Säure wird stärker), sinkt auch der pH-Wert.

6. Was bedeutet es, wenn eine Säure einen hohen pKs-Wert hat?

Eine Säure mit einem hohen pKs-Wert ist eine schwache Säure. Dies bedeutet, dass sie nicht vollständig zu Protonen und Anionen dissoziiert, wenn sie in Wasser gelöst wird.

7. Wie wirkt sich der pKs-Wert auf die Löslichkeit einer Substanz aus?

Ein hoher pKs-Wert führt zu einer geringen Löslichkeit, während ein niedriger pKs-Wert zu einer hohen Löslichkeit führt. Dies liegt daran, dass eine Substanz mit einem niedrigen pKs-Wert stärker dissoziiert und daher besser in Wasser löslich ist.

8. Wie kann man den pKs-Wert aus dem pH-Wert berechnen?

Der pKs-Wert kann aus dem pH-Wert berechnet werden, indem die Henderson-Hasselbalch-Gleichung verwendet wird: pKs = pH + log ([A-]/[HA]), wobei [A-] die Konzentration der Basis und [HA] die Konzentration der Säure ist.

9. Welchen Einfluss hat die Temperatur auf den pKs- und den pH-Wert?

Die Temperatur hat einen Einfluss sowohl auf den pKs-Wert als auch auf den pH-Wert. Mit steigender Temperatur erhöht sich die Dissoziationskonstante, was zu einem niedrigeren pKs-Wert und einem höheren pH-Wert führt.

10. Wie sind die pKs- und pH-Werte bei neutralen Lösungen?

Bei neutralen Lösungen sind der pKs- und der pH-Wert gleich. Das bedeutet, dass die Konzentration der Säure und der Basis gleich ist, was zu einem pH-Wert von 7 führt.