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pH = – log [H 3 O + ]
Für eine starke Säure wie Salzsäure (HCl) mit einer Molarität von 0,02 M oder mol/L ist die Hydroniumionenkonzentration dieselbe wie die der Säure, da sie vollständig ionisiert ist, wie im Folgenden gezeigt wird Gleichung.
HCl -> H 3 O + + Cl –
Daher kann der pH-Wert berechnet werden:
pH = – log [H 3 O + ] = – log [0,02] = 1,69
Bei einer schwachen Säure wie Essigsäure (CH 3 COOH) und den meisten organischen Säuren stimmt die Konzentration der Säure nicht mit der der Hydroniumionen überein, da die Säure teilweise dissoziiert ist und ein Gleichgewicht ergibt. Daher ist es notwendig, sowohl die Konzentration der Säure als auch den Dissoziationsgrad zu kennen, um den pH-Wert der Lösung zu kennen.
So kann beispielsweise für eine schwache Säure wie Essigsäure mit einer Konzentration von 0,02 M und einem Dissoziationsgrad von 5 % die Konzentration an Hydroniumionen und damit der pH-Wert wie folgt berechnet werden:
pH = – log [H 3 O + ] = – log [ C alpha ] = – log (0,02 (5/100)) = 3
Berechnung der Hydroniumionenkonzentration aus dem pH-Wert
Die Konzentration von Hydroniumionen kann aus dem pH-Wert berechnet werden, indem die umgekehrte mathematische Operation zur Berechnung des pH-Werts durchgeführt wird:
pH = – log [H 3 O + ]
[H 3 O + ] = 10 –pH
Deshalb gilt für einen pH-Wert = 6,3; die Hydroniumionenkonzentration wäre:
6,3 = – log [H 3 O + ]
– 6,3 = log [H 3 O + ]
[H 3 O + ] = 10 – 6,3 = 5.011,10 –7
pOH-Berechnung
Um den pOH , also den Basizitätsgrad einer wässrigen Lösung , zu kennen , muss man die Konzentration der Hydroxidionen in einer starken Basenlösung oder die Konzentration einer schwachen Base zusammen mit ihrem Dissoziationsgrad kennen. Als Beispiel, was mit der Konzentration von Hydroniumanionen gemacht wurde, kann für eine starke Base wie Natriumhydroxid (NaOH) mit einer Konzentration von 0,02 M gesagt werden:
pOH = – log [OH – ]
pOH = –log [0,02] = 1,69
Das Verhältnis von pOH zu pH ist gleich:
pH + pH = 14
pH-Wert + 1,69 = 14
pH-Wert = 14 – 1,69 = 12,21
Es ist auch möglich, die Hydroxidionenkonzentration aus einem pOH-Wert zu berechnen, also beispielsweise für einen pOH-Wert von 2,56:
2,56 = – log [OH – ]
– 2,56 = log [OH – ]
[OH – ] = 10 -2,56 = 2,75.10 -3 M
Praktische Beispiele
Beispiel 1 . Berechnen Sie den pH-Wert für eine Lösung, deren Konzentration an Hydroniumanionen [H 3 O + ] = 1,4.10 -5 M ist.
Lösung
pH = –log [H 3 O + ]
pH = –log [1,4.10 –5 ]
pH = 4,85
Beispiel 2 . Berechnen Sie die Konzentration von [H 3 O + ] ausgehend von einem pH-Wert von 8,5.
Lösung
[H 3 O + ] = 10 –pH
[H 3 O + ] = 10 –8,5
[H 3 O + ] = 3,2,10 –9 M
Beispiel 3 . Berechnen Sie den pH-Wert einer Lösung, wenn die Konzentration von H 3 O + 0,0001 Mol pro Liter beträgt.
Lösung
pH = –log(0,0001) = 4
Beispiel 4 . Finden Sie den pH-Wert einer 0,03 M Lösung von Salzsäure, HCl.
Salzsäure ist eine starke Säure, die im Molverhältnis 1:1 in Hydroniumionen und Chloridanionen zerfällt. Daher ist die Konzentration an Hydroniumionen genau gleich der Konzentration der Säurelösung.
Antworten
[H 3 O + ] = 0,03 M
pH = – log (0,03)
pH = 1,5
Wenn Sie Berechnungen zur Berechnung des pH-Werts durchführen, sollten Sie immer prüfen, ob Ihre Antworten sinnvoll sind. Eine Säure sollte einen viel niedrigeren pH-Wert als 7 haben (normalerweise 1-3), während eine Base einen hohen pH-Wert hat (normalerweise um 11-13). Obwohl es theoretisch möglich ist, einen negativen pH-Wert zu berechnen, müssen die pH-Werte in der Praxis zwischen 0 und 14 liegen. Das bedeutet, dass ein pH-Wert größer als 14 darauf hindeutet, dass irgendein Fehler aufgetreten sein muss.
Quellen
- Berechnung_pH und pOH. (2021). Abgerufen am 17. März 2021 von https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Equilibrium/Calculating_pHandpOH.htm
