Der pH-Wert: Unterschied zwischen den Versionen
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Mischt man dem Ampholyten Wasser eine Säure oder Base bei, so reagiert Wasser mit der beigegebenen Substanz. | Mischt man dem Ampholyten Wasser eine Säure oder Base bei, so reagiert Wasser mit der beigegebenen Substanz. | ||
Säure in Wasser: HA + H<sub>2</sub>O ⇌ A<sup>-</sup> + H<sub>3</sub>O<sup>+</sup> (Säure + Wasser ⇌ Base +Oxonium-Ion) | Säure in Wasser: HA + H<sub>2</sub>O ⇌ A<sup>-</sup> + H<sub>3</sub>O<sup>+</sup> (Säure + Wasser ⇌ Base +Oxonium-Ion) | ||
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Base in Wasser: A<sup>-</sup> + H<sub>2</sub>O ⇌ HA + OH<sup> -</sup> (Base + Wasser ⇌ Säure +Hydroxid-Ion) | Base in Wasser: A<sup>-</sup> + H<sub>2</sub>O ⇌ HA + OH<sup> -</sup> (Base + Wasser ⇌ Säure +Hydroxid-Ion) | ||
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==Autoprotolyse von Wasser== | ==Autoprotolyse von Wasser== | ||
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'''''Autoprotolyse''''': H<sub>2</sub>O + H<sub>2</sub>O ⇌ H<sub>3</sub>O<sup>+</sup> + OH<sup> -</sup> | '''''Autoprotolyse''''': H<sub>2</sub>O + H<sub>2</sub>O ⇌ H<sub>3</sub>O<sup>+</sup> + OH<sup> -</sup> | ||
| − | Wenn zwei Wassermoleküle in einem bestimmten Winkel aufeinandertreffen entstehen bei dieser Kollision je ein | + | Wenn zwei Wassermoleküle in einem bestimmten Winkel aufeinandertreffen entstehen bei dieser Kollision je ein Oxonium- & Hydroxid-Ion. Die Konzentration dieser beider Ionen ist in reinem Wasser gleich (Ionengleichgewicht, welches in ''jeder'' basischen/saueren Lösung gilt). Danke diesem Gleichgewicht kann man von der einen Konzentration auf die andere schliessen (im Verhältnis zu H<sub>2</sub>O ist die Konzentration jedoch sehr gering, da die Reaktion sehr linkslastig ist). Man kann ''K'' mit Hilfe der elektr. Leitfähigkeit berechnen (Siehe: [[Berechnen und Messen des pH-Werts]]). Denn wegen den Ionen die bei der Autoprotolyse entstehen, ist selbst reines Wasser leicht elektr. Leitfähig. |
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| + | Die Wasserkonzentration ist eigentlich nicht konstant und hängt davon ab, wieviel Säure/Base Wasser beigefügt wird. Solange man jedoch nicht mehr als 1 Mol Säure/Base hinzugibt, kann man davon ausgehen, dass die Wasserkonzentration konstant ist (da die Ungenauigkeit relativ klein ist). Diese Voraussetzung ist wichtig, damit der pH-Wert Gültigkeit hat. | ||
| + | Daraus ergibt sich die Konzentration von H<sub>3</sub>O<sup>+</sup> & OH<sup> -</sup>, welche in reinem Wasser bei je '''10<sup>-7</sup> M (=Mol/Liter)''' liegt. | ||
| − | + | [http://www.youtube.com/watch?v=4FWAaoqdv-c Zum besseren Verstehen der Autoprotolyse ist dieses Video sehr zu empfehlen!] | |
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| − | + | Wegen der Autoprotolyse von Wasser ist destiliertes Wasser nicht ionenfrei. Wird nun eine Säure beigefügt, so steigt die Konzentration von H<sub>3</sub>O<sup>+</sup> während die Konzentration von OH<sup> -</sup> sinkt. Um den pH-wert zu berechnen verwendet man die H<sub>3</sub>O<sup>+</sup> Konzentration (Dies wurde so definiert, es könnte ebenso gut die OH<sup> -</sup> Konzentration verwendet werden). | |
==Grenzbereich des pH-Wertes== | ==Grenzbereich des pH-Wertes== | ||
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| + | Da KW = [H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>] * [OH<sup> -</sup>] = 10 <Sup>-14 </sup> konstant bleibt, ist die maximal mögliche Konzentration 10<sup>0 </sup> Mol (=1) * 10 <Sup>-14 </sup> Mol = 10 <Sup>-14 </sup> Mol und die minimal mögliche Konzentration 10 <Sup>-14 </sup> * 10<sup>0 </sup> = 10 <Sup>-14 </sup> Mol. | ||
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| + | Die H<sub>3</sub>O<sup>+</sup> Konzentrationen gehen daher von 10<sup>0 </sup> bis 10 <Sup>-14 </sup>. Da der pH-Wert der negative (dekadische) '''''Logarithmus''''' der H<sub>3</sub>O<sup>+</sup> Konzentration ist geht dieser von 0 bis 14. Dabei ist 0 am sauersten und 14 am basischsten. | ||
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| + | == Zusammenfassung: Video von the Simple Chemics == | ||
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| + | Link: [https://www.youtube.com/watch?v=6L_vSyIGdMk Autoprotolyse von Wasser] | ||
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| + | Das Video beginnt mit einer Einführung zur elektrischen Leitfähigkeit von Wasser. Danach wird der Begriff Autoprotolyse definiert und ausführlich erklärt. Dabei zeigen sie auch das Massenwirkungsgesetz auf und dessen Bezug zu der Gleichgewichtsreaktion. Dann wird Schritt für Schritt erklärt, wie das Ionenprodukt hergeleitet wird. Am Schluss erklären sie noch die Relevanz vom Ionenprodukt im Bezug auf den pH-Wert. | ||
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| + | Zu beachten: | ||
| + | * Im Video wird das Massenwirkungsgesetz zwar benutzt, aber nie als solches bezeichnet. Das Massenwirkungsgesetz ist allgemein definiert als: Konzentration der Produkte geteilt durch die Konzentration der Edukte. | ||
| + | * Die Kriterien für die elektrische Leitfähigkeit von Flüssigkeiten werden nicht erwähnt. Damit eine Flüssigkeit elektrisch leitfähig ist, muss sie frei bewegliche, geladene Teilchen beinhalten. | ||
| + | * Der Grenzbereich des pH-Wert wird nicht erwähnt. Die maximal mögliche Konzentration von Wasser, damit das Prinzip des Ionenprodukts immer noch funktioniert, ist 1M. | ||
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| + | Besonders nützlich: | ||
| + | * Es wird sehr ausführlich gezeigt, wie man auf die Konzentration von H<sub>2</sub>0 kommt. | ||
| + | * Die Herleitung des Ionenprodukts wird Schritt für Schritt gezeigt, so dass man alles sehr gut nachvollziehen kann. | ||
| + | == Quellen == | ||
| + | *Notizen aus dem Unterricht von R. Deuber | ||
| − | + | *Video: [https://www.youtube.com/user/TheSimpleChemics The Simple Chemics] | |
Aktuelle Version vom 3. Juni 2019, 00:05 Uhr
Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der H3O+ Konzentration. Er ist ein Mass für den sauren & basischen Charakter einer wässrigen Lösung (nur von wässrigen Lösungen).
pH = - log [H3O+]
Die Herleitung dazu befindet sich im Kapitel Berechnen und Messen des pH-Werts
Inhaltsverzeichnis
Mass für den pH-Wert
Mischt man dem Ampholyten Wasser eine Säure oder Base bei, so reagiert Wasser mit der beigegebenen Substanz.
Säure in Wasser: HA + H2O ⇌ A- + H3O+ (Säure + Wasser ⇌ Base +Oxonium-Ion)
Idee: Je mehr H3O+ desto sauerer ist die Lösung.
Base in Wasser: A- + H2O ⇌ HA + OH - (Base + Wasser ⇌ Säure +Hydroxid-Ion)
Idee: Je mehr OH - desto basischer ist die Lösung.
Autoprotolyse von Wasser
Autoprotolyse: H2O + H2O ⇌ H3O+ + OH -
Wenn zwei Wassermoleküle in einem bestimmten Winkel aufeinandertreffen entstehen bei dieser Kollision je ein Oxonium- & Hydroxid-Ion. Die Konzentration dieser beider Ionen ist in reinem Wasser gleich (Ionengleichgewicht, welches in jeder basischen/saueren Lösung gilt). Danke diesem Gleichgewicht kann man von der einen Konzentration auf die andere schliessen (im Verhältnis zu H2O ist die Konzentration jedoch sehr gering, da die Reaktion sehr linkslastig ist). Man kann K mit Hilfe der elektr. Leitfähigkeit berechnen (Siehe: Berechnen und Messen des pH-Werts). Denn wegen den Ionen die bei der Autoprotolyse entstehen, ist selbst reines Wasser leicht elektr. Leitfähig.
Die Wasserkonzentration ist eigentlich nicht konstant und hängt davon ab, wieviel Säure/Base Wasser beigefügt wird. Solange man jedoch nicht mehr als 1 Mol Säure/Base hinzugibt, kann man davon ausgehen, dass die Wasserkonzentration konstant ist (da die Ungenauigkeit relativ klein ist). Diese Voraussetzung ist wichtig, damit der pH-Wert Gültigkeit hat.
Daraus ergibt sich die Konzentration von H3O+ & OH -, welche in reinem Wasser bei je 10-7 M (=Mol/Liter) liegt.
Zum besseren Verstehen der Autoprotolyse ist dieses Video sehr zu empfehlen!
Wegen der Autoprotolyse von Wasser ist destiliertes Wasser nicht ionenfrei. Wird nun eine Säure beigefügt, so steigt die Konzentration von H3O+ während die Konzentration von OH - sinkt. Um den pH-wert zu berechnen verwendet man die H3O+ Konzentration (Dies wurde so definiert, es könnte ebenso gut die OH - Konzentration verwendet werden).
Grenzbereich des pH-Wertes
Da KW = [H3O+] * [OH -] = 10 -14 konstant bleibt, ist die maximal mögliche Konzentration 100 Mol (=1) * 10 -14 Mol = 10 -14 Mol und die minimal mögliche Konzentration 10 -14 * 100 = 10 -14 Mol.
Die H3O+ Konzentrationen gehen daher von 100 bis 10 -14 . Da der pH-Wert der negative (dekadische) Logarithmus der H3O+ Konzentration ist geht dieser von 0 bis 14. Dabei ist 0 am sauersten und 14 am basischsten.
Fügt man die maximale Säuremenge 1 Mol hinzu, so ist die H3O+ Konzentration auch maximal und der pH-Wert somit 0.
Fügt man die maximale Basemenge 1 Mol hinzu, so ist die H3O+ Konzentration minimal und der pH-Wert somit 14.
Zusammenfassung: Video von the Simple Chemics
Autoprotolyse von Wasser
Link: Autoprotolyse von Wasser
Das Video beginnt mit einer Einführung zur elektrischen Leitfähigkeit von Wasser. Danach wird der Begriff Autoprotolyse definiert und ausführlich erklärt. Dabei zeigen sie auch das Massenwirkungsgesetz auf und dessen Bezug zu der Gleichgewichtsreaktion. Dann wird Schritt für Schritt erklärt, wie das Ionenprodukt hergeleitet wird. Am Schluss erklären sie noch die Relevanz vom Ionenprodukt im Bezug auf den pH-Wert.
Zu beachten:
- Im Video wird das Massenwirkungsgesetz zwar benutzt, aber nie als solches bezeichnet. Das Massenwirkungsgesetz ist allgemein definiert als: Konzentration der Produkte geteilt durch die Konzentration der Edukte.
- Die Kriterien für die elektrische Leitfähigkeit von Flüssigkeiten werden nicht erwähnt. Damit eine Flüssigkeit elektrisch leitfähig ist, muss sie frei bewegliche, geladene Teilchen beinhalten.
- Der Grenzbereich des pH-Wert wird nicht erwähnt. Die maximal mögliche Konzentration von Wasser, damit das Prinzip des Ionenprodukts immer noch funktioniert, ist 1M.
Besonders nützlich:
- Es wird sehr ausführlich gezeigt, wie man auf die Konzentration von H20 kommt.
- Die Herleitung des Ionenprodukts wird Schritt für Schritt gezeigt, so dass man alles sehr gut nachvollziehen kann.
Quellen
- Notizen aus dem Unterricht von R. Deuber
- Video: The Simple Chemics
