Der pH-Wert

Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der H₃O⁺ Konzentration. Er ist ein Mass für den sauren & basischen Charakter einer Lösung. Im Unterricht von Herrn Deuber wird nur Wasser als Lösungsmittel verwendet.

pH = - log [H₃O⁺]

Autoprotolyse von Wasser

Autoprotolyse von H₂O

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.

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!

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.

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). 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.

Grenzbereich des pH-Wertes

ph-Werte Skala

Da KW = [H₃O⁺] * [OH ^-] = 10 ^-14 konstant bleibt, ist die maximal mögliche Konzentration 10⁰ (=1) * 10 ^-14 = 10 ^-14 und die minimal mögliche Konzentration 10 ^-14 * 10⁰ = 10 ^-14 .

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 1.

Fügt man die maximale Basemenge 1 Mol hinzu, so ist die H₃O⁺ Konzentration minimal und der pH-Wert somit 14.

Quellen

Notizen aus dem Unterricht von R. Deuber