Berechnung des pH-Wertes

Zahlreiche praktische Vorgange werden wesentlich durch den Sauregrad bzw. den pH – Wert der Losung beeinflusst. Als Beispiele sollen die metallische Korrosion, der Saurean – griff auf anorganisch-nichtmetallische Baustoffe und das Problem der Carbonatisierung genannt werden. Es ist deshalb wichtig, Naherungsformeln zur Verfugung zu haben, um aus vorhandenen Daten pH-Werte berechnen – vor allem aber interpretieren zu konnen.

Wie aus der Anordnung der pKs – und pKB-WcrtQ in Anhang 4 zu ersehen ist, ergibt sich fur die Abstufung der Saurestarke eine grolie Spreizung mit flieBenden Ubergangen. Obwohl fur die Sauren und Basen mit unterschiedlichem Protolysegrad (iibliches Einteilungsmus- ter: sehr starke – starke – mittelstarke – schwache – sehr schwache Protolyte) zum Teil un – terschiedliche Formeln zur pH-Wert-Berechnung entwickelt wurden, kann man fur bau – chemisch relevante Aufgabenstellungen die Protolyte in vemiinftiger Naherung in zwei Gruppen einteilen:

• pH-Werte starker Sauren und Basen a) pH-Werte starker Sauren (pKs<4)

Berechnung des pH-Wertes Подпись: (6-68)

Fur Sauren mit einem pKs-Wert kleiner als 4 wird in wassriger Losung naherungsweise eine vollstandige Protolyse angenommen. Damit gilt c(H30+) = cQ(S), mit cQ{S) = Aus – gangskonzentration der Saure S und fur den pH-Wert ergibt sich die Beziehung (6-68).

Im Falle der starken zweiprotonigen Saure H2S04 kann man in grober Naherung schreiben: c(H30+) = 2 • c0(S). Die Konzentration an H30+-Ionen ist demnach doppelt so groB wie die Ausgangskonzentration der Saure. Damit ergibt sich: pH = – lg (2 • c0(S))/mol • Г1.

b) pH-Werte starker Basen (pKB<4)

Подпись: pOH = Подпись: c0(B) mol-l-1 Подпись: (6-69)

Fur Basen mit einem /^-Wert kleiner als 4 wird in wassriger Losung ebenfalls eine voll­standige Protolyse angenommen. Damit gilt c(OH") = c0(B), mit c0(B) = Ausgangskon­zentration der Base В und fur den pOH-Wert folgt Gl. (6-69).

Fur starke zweiwertige Basen (z. B. Ca(OH)2) ist wiederum zu beachten, dass die OH~- Konzentration doppelt so groB ist wie die Ausgangskonzentration der Base c0(B). Demnach gilt c(OH") = 2 • c0(B) und es ergibt sich die Beziehung: pOH = – lg (2 • c0(B))/mol • Г1.

• pH-Werte schwacher Protolyte

a) pH-Werte schwacher Sauren (pKs > 4)

Подпись: Es ergibt sich: Berechnung des pH-Wertes Подпись: c(H30+) = -JKS • C0(S) . Подпись: (6-70)

In Losungen schwacher Sauren HA sind weder die Gleichgewichtskonzentrationen an H30+ und A" noch die an nichtprotolysierter Saure HA bekannt. Um trotzdem die Kon­zentration an Hydroniumionen und damit den pH-Wert ermitteln zu konnen, fuhrt man in den Ausdruck fur die Saurekonstante (Gl. 6-51) zwei Naherungen ein: [1]

Cp(S) ]

тої-Г1

Подпись: - lg Подпись: (6-71)
image94

Logarithmieren von (6-70) ergibt Beziehung (6-71).

b) pH-Werte schwacher Basen (pKB >4)

Подпись: pOH = -JpKB - Ig^y^r] J mol • / Подпись: (6-72)

Flir den pOH-Wert schwacher Basen ergibt sich analog zu (6-71) die Beziehung (6-72).

Beachte:

Zur Berechnung des pH-Wertes von Salzlosungen sind keine zusatzlichen Beziehungen notwendig. Im Falle einer protolysierenden Base (Anionbase) wird Gleichung (6-72), bei Vorliegen einer protolysierenden Saure (Kationsaure) dagegen Gl. (6-71) benutzt.

Aufgaben:

1. Berechnen Sie die pH-Werte einer 0,2 mol/1 Salzsaure und einer 0,05 mo 1/1 Natronlauge!

HC1: pH = – lg c0(S)/mol*r1 = – lg (2 • 10"1) = (-lg 2 – lg 10"1) = 1 – lg 2 = 0,7.

NaOH: pOH = – lg c0(B)/moM’1 = – lg (5 • 10′[2]) =1,3 ; pH = 14 -1,3 = 12,7

pOH = У2 [pKB – lg CoCSalzymoM’1] = >/2 [3,6 – lg 0,1] = 2,3 ; pH = 11,7 .