Schwieriges pKs-Bsp.; welcher Chemieexperte kann weiterhelfen?
Die pKs-Werte der zwei Dissoziationsstufen der Kohlensäure sind (gerundet):
H2CO3 : pKS1 = 6
HCO3– : pKS2 = 10
Welcher dieser in wässriger Lösung enthaltenen Stoffe liegt dabei unter physiologischen Bedingungen [bei einer Kohlensäure/Carbonat-Gesamtkonzentration von ca. 25 mmol/L]2018-06a und etwa neutralem pH-Wert [einem pH-Wert von 7,4]2018-06a in höchster Konzentration vor?
A H3O+
B OH–
C H2CO3
D HCO3–
E CO32–
Antwort ist D.
Ist jemand in der Lage dieses Beispiel mit Rechenweg zu lösen? Vielen Dank im Voraus!
1 Antwort
Der pH=7 liegt knapp über dem pK₁. In einer Lösung von genau pH=pK₁ wären die Konzentrationen von „H₂CO₃“ (in Wahrheit überwiegend CO₂) und HCO₃⁻ exakt gleich groß; für jede pH-Einheit verändert sich das Verhältnis um den Faktor 10. Wir sind eine pH-Einheit basischer als der pK₁, also bekommen wir ein CO₂/HCO₃-Verhältnis von 1/10, oder ca. 10% CO₂ und 90% HCO₃⁻.
Für das Verhältnis zwischen HCO₃⁻ und CO₃²⁻ ist der pK₂ zuständig. Wir sind 3 pH-Einheiten saurer als der pK₃, also bekommen wir ein Tausendstel soviel CO₃⁻ wie HCO₃⁻, also so gut wie gar kein CO₃²⁻.
Die Gesamtcarbonatkonzentration soll 25 mmol/l betragen, also haben wir in absoluten Zahlen ca. 2.5 mmol/l CO₂, dazu 22.5 mmol/l HCO₃⁻ und vernachlässigenswerte 0.02 mmol/l CO₃²⁻.
Bei pH=7 liegen sowohl OH⁻ als auch H₃O⁻ zu 10⁻⁷ mol/l = 0.0001 mmol/l vor.
Bei pH=7.4 ist es nicht viel anders, nur kann man es dann nicht mehr im Kopf rechnen. Das Verhältnis CO₂ zu HCO₃⁻ ist dann 10¹·⁴≈25, also bekommen wir 1 mmol/l CO₂, 24 mmol/l HCO₃⁻, 0.06 mmol/l CO₃²⁻, 0.00004 mmol/l H₃O⁺ und 0.003 mmol/l OH⁻.
Also ist ganz klar HCO₃⁻ der Gewinner.
