Wie berechnet man hier den pH-Wert?
Wenn z.B Salzsäure eine Konzentration von 10 mol/L hat, wie findet man den pH-Wert heraus? Weil normalerweise macht man ja -log(c), aber das wäre ja hier -1, was nicht als pH-Wert sein kann. Wie kann man das berechnen?
5 Antworten
Negativer pH?
Wenn man zur Berechnung des pH die Gleichung pH = -lg c(H₃O⁺) verwendet, dann erhält man dann natürlich als Ergebnis auch einen negativen pH oder einen pH>14.
Diese Gleichung gilt aber nur für verdünnte Lösungen, also c(H₃O⁺) ≤ 1mol/L bzw. c(OH⁻) ≤ 1mol/L.
Begründung:
Für die Autoprotolyse des Wassers H₂O + H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻
besteht das Massenwirkungsgesetz:
[c(H₃O⁺) · c(OH⁻)] : c(H₂O)² = K
(K wird durch Leitfähigkeitsmessungen ermittelt).
Die Stoffmenge n(H₂O) von V(H₂O) = 1L bei der Dichte ρ(Wasser) = 1g/cm³ ist
m(H₂O)/M(H₂O) = 1000 g /[18 g/mol] ≈ 55,55 mol/L.
In einer verdünnten Lösung (s.o.) und nur in dieser, ist c(H₂O) = const. Man bezieht nun diese Konstante in die Konstante K des MWG mit ein und erhält als neue Konstante Kw, das Ionenprodukt des Wassers:
c(H₃O⁺) · c(OH⁻) = Kw = 10⁻14 mol²/L²
(Kw ist temperaturabhängig und hier nur gültig für ϑ = 22 °C)
In verdünnten wässerigen Lösungen ist dieses Produkt konstant, wenn die Temperatur ϑ = const.
Es ist weiter in einer neutralen Lösung
c(H₃O⁺) = c(OH⁻) = Wurzel aus [10⁻¹⁴ mol²/L²] = 10⁻⁷mol/L
Für die Oxoniumionenkonzentration verwendet man als Maßzahl den negativen Exponenten der Zehnerpotenz dieser Konzentration und bezeichnet sie als pH.
pH = -lg c(H₃O⁺)
Kurz zusammengefasst: Der pH gilt nur für Lösungen in denen c(H₃O⁺) ≤ 1mol/L bzw. c(OH⁻) ≤ 1mol/L.
> aber das wäre ja hier -1, was nicht als pH-Wert sein kann
Doch, das kann sein, und es ist vermutlich die vom Lehrer erwartete Lösung.
Die Rechnung ist trotzdem falsch, denn der pH-Wert ist nicht über die Konzentration definiert, sondern über die Aktivität. Und die ist nur in verdünnten Lösungen gleich der Konzentration.
Für Konzentrationen größer 1 mol/l versagen (oder versagten zumindest damals, im letzten Jahrtausend) auch die Näherungsrechnungen, um die Aktivität aus der Konzentration abzuschätzen. Da hilft dann nur noch Messen.
Du nimmst immer den negativ dekadischen Logarithmus der H+ bzw. der H3O+ -Ionenkonzentration. Dadurch, dass Salzsäure eine starke Säure ist, geht man von einer vollständigen Dissoziation aus. Dementsprechend kann hier also die Konzentration der Salzsäure als die H+ bzw. H3O+ -Ionenkonzentration angenommen werden.
also:
pH=-log(10)= -1
pH-Werte unter 0 sind genauso möglich wie pH-Werte über 14 möglich sind. Die stärksten Säuren der Welt haben einen pH-Wert von -31. Dieser ist zwar über Hammetsche Aciditätsfunktion berechnet und nicht experimentell bestimmbar, da so niedrige pH-Werte in wässriger Lösung nicht erreichbar sind. Und dadurch, dass die pH-Wert-Skala und der pH-Wert selbst über Säure-/Baseeigenschaften von Wasser definiert ist, sind das also nur theoretische Werte. Dennoch ändert das nichts daran, dass pH-Werte im negativen Bereich durchaus möglich sind.
Angenommen die Konzentration ist 1.0 * 10^-2 mol/L
Dann wäre ja der pH-Wert -log(10^-2) = 2.
Wenn die Konzentration 10 mol/L ist, ist das ja 10^1 mol/L
Wenn du davon also den negativen dekadischen Logarithmus nimmst, ist das -1 * die Potenz über der 10. In diesem Fall also -1 * 1 = -1.
Negative pH-Werte sind möglich, genauso wie pH-Were >14.
Es ist tatsächlich möglich ph-Werte unter 0 bzw. über 14 zu erhalten. Allerdings weiß ich nicht, ob hier nicht ein Rechenfehler vorliegt.