Warum hat man den pH-Wert von 0-14 eingeteilt; habe gelesen, dass der pH Wert auch -1/-2 oder 15 sein kann?

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Bei bestimmter Temperatur und Druck lässt Wasser nur eine bestimmte Menge an OH- und H+ zu. Dabei wurde herausgefunden, dass das Produkt der Konzentrationen von OH- und H+ eine Konstante ist.

Diese Konstante beträgt c(OH-) * c(H+) = 10^(-14). Dabei ist die Konstante (übrigens Ionenprodukt des Wassers genannt) von der Autoprotolyse des Wassers abhängig, d.h. die Dissoziation von Wassermolekülen in die Ionen.

2 * H2O ==> OH- + H3O+

Das Gleichgewicht ist umso weiter nach rechts verschoben je wärmer es ist.

Bei 25 °C beträgt die Konstante wie gesagt 10^(-14). Definiert ist der pH-Wert mathematisch wie folgt:

pH = -log[c(H+)]

Anders gesagt: Der pH-Wert entspricht den Betrag des Exponenten der H+-Konzentration.

Das Ionenprodukt des Wassers beträgt bei Temperaturen größer 25 °C eben einen kleineren Wert als 10^(-14), sondern vielleicht 10^(-14,5).

Aus dem Betrag des Exponenten vom Ionenprodukt des Wassers kann man den pH-Bereich ablesen: bei 25 °C beträgt die Spanne 14.

Wenn nun Wasser Autoprotolyse betreibt, dann folgt das die Konzentration von H+-Ionen eben 10^(-7) ist und damit einen pH-Wert von 7 besitzt.

Teilst du nun die Spanne in zwei gleich große Stücke und addierst und subtrahierst du das einmal von Wasser, kommst du auf 0 und 14.

Das heißt: Bei 25 °C kann ein pH von 0 bis 14 innerhalb von wässrigen Medien erreicht werden.

Bei 30 °C eben ein pH von -0,25 bis 14,25 (ausgedacht, keine realen Werte).

Eben in Abhängigkeit des Wassers nennt man diese pH-Begrenzung den "nivellierenden Effekt" von Wasser. Wasser begrenzt sich selbst damit automatisch.

>Warum hat man den pH-Wert von 0-14 eingeteilt

Überraschende Antwort: Hat man gar nicht!

Auch in wässriger Lösung sind pH-Werte kleiner 0 und größer 14 möglich. 0 und 14 gehören zu einer 1-molaren Lösung einer starken Säure oder Lauge, höhere Konzentrationen (wenn auch natürlich nicht beliebig hohe) und damit pH-Werte jenseits dieser "Grenzen" sind möglich.

Mögliche Ursache des verbreiteten Irrglaubens: Mangels geeigneter Indikator-Farbstoffe gibt es kein Universal-Indikatorpapier, das außerhalb des Bereichs 0-14 anzeigen kann. Aber sowohl die Theorie als auch Messungen mit pH-Elektroden zeigen, dass es pH-Werte außerhalb gibt.

Wie bereits andere geschrieben haben: Der pH-Wert ist als Logarithmus definiert. Daß der Neutralpunkt bei einer schönen 7 liegt und nicht bei einer krummen Zahl, ist reiner Zufall, denn der Wert ist nicht definiert sondern vom Wasser vorgegeben.

Anders sieht es mit den Grenzen 0 und 14 aus, die sind durch unser Einheiten­system vorgegeben, als pH von 1 mol/l Säure bzw. Base. Deshalb sind sie ohne tiefere Bedeutung.

Allerdings treten bei Konzentration größer als 1 mol/l langsam neue Effekte in den Vordergrund: Die Lösungs­mittel­moleküle werden rar. Eine zehn­molare Salz­säure ist ohne weiteres vorstellbar, aber dann kommen auf jedes HCl-Molekül nur noch ca. 6 Wassermoleküle, das reicht nicht, um sowohl Cl⁻ als auch H⁺ ordentlich zu solvatisieren.

Solche Lösungen sind extrem nichtideal, weil die Ionen nicht mehr von Hüllen aus Lösungs­mittel­molekülen umgeben sind, sondern auch von Gegen­ionen.

Die Details sind schwierig, aber trotzdem kann man eine „Aciditäts­funktion“ definieren (also eine Kenn­größe, die angibt wie sauer die Suppe ist). Man nennt sie aber nicht mehr pH, weil es mehrere davon gibt; für verdünnte Lösungen werden sie alle gleich dem gewöhnlichen pH. Das bekannteste Beispiel ist die Hammett-Funktion H₀.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Chemiestudium mit Diss über Quanten­chemie und Thermodynamik

Ist diese Aussage richtig?

Eine 100 molare Säure ( hätte einen pH-Wert von -2) übertrifft die molare Masse des Wassers und somit können nicht alle Säureteilchen reagieren mit dem Wasser reagieren.

muss es meinen Mitschülern realtiv einfach erklären!

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@blablablaablaaa

Eine 100 molare Säure müßte 100 mol/l enthalten — das geht aber nicht, weil die 100 mol einen Platz von mehr als einem Liter brauchen. Es geht bereits bei 10 mol/l schief, weil die zwar noch in einen Liter passen, aber nicht das notwendige Wasser, um eine anständige Lösung zu bilden.

Was aber geht: Stark saure Lösungen mit wenig bis keinem Wasser. z.B. konzentrierte Schwefelsäure mit ein paar % Perchlorsäure darin. Oder SbF₅ in HF gelöst. Solche Lösungen sind extrem überirdisch super­sauer. Man kann (in einem anständig wohl­definier­ten Sinn) sagen: Die sind so sauer wie eine 100[…]000 mol/l H₃O⁺-Lösung in Wasser wäre, wenn es die letztere nur nur gäbe.

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Die Zahlenwerte hängen damit zusammen, dass die Dissoziationskonstante von Wasser unter Normalbedingungen gerade 10^(-7) ist. D. h. für neutrales Wasser ist unter Normalbedingungen pH = pOH = 7.

Die Grenzen 0 und 14 kommen dann daher, dass bei pH = 0 jedes einzelne Wassermolekül zu H3O+ umgesetzt ist und bei pH = 14, also pOH = 0, jedes einzelne Wassermolekül zu OH- umgesetzt ist.

Bei übersauren (pH<0) und überalkalischen/überbasischen (pH>14) Lösungen gibt der pH-Wert nicht mehr die Konzentration von H3O+ und OH- an, sondern sagt nur, dass sich bei Berechnungen, in denen der pH-Wert eine Rolle spielt, diese Lösungen so verhalten, als hätten sie diese H3O+- bzw. OH--Konzentration.

Woher ich das weiß:Hobby – seit meiner Schulzeit; leider haupts. theoretisch

Sind der pH-Wert  0 und 14 in der Praxis möglich?

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@blablablaablaaa

Ich würde davon ausgehen, dass dies bei hinreichend konzentrierten starken Säuren und Laugen der Fall ist. Allerdings ist Chemie ein ziemlich ehemaliges Hobby von mir.

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@PWolff

Allerdings ist Chemie ein ziemlich ehemaliges Hobby von mir.

Dann sei entsprechend zurückhaltend. Die schnellsten Antworten sind selten die besten. Einfach mal ein Stündchen abwarten ;-)

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pH = 0 entspricht einer H(+)-Konzentration von 1 mol/L. Wasser besitzt eine Wasserkonzentration von knapp 56 mol/L. Ich bezweifle doch stark, dass dementsprechend alle H2O zu H3O(+) umgewandelt sind.^^

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@justtrying

Hab noch mal nachgeschaut, du hast vermutlich recht.

Dann sind pH-Werte unterhalb 0 und oberhalb 14 allerdings ohne weiteres möglich.

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@PWolff

Möglich sind sie sicher, aber die Vereinfachungen, die bei der Berechnung benutzt werden, werden zunehmend hinfällig.

pH- oder pKs-Werten jenseits von Gut und Böse ist also mit der gebührenden Vorsicht zu begegnen.
Der fortgeschrittene Chemiker rechnet mit Aktivitäten, und da ist für mich der Punkt, wo ich wegdrifte.

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@justtrying

Was bedeutet dann pH=0? heißt das dann dass nicht alle Wassermoleküle aber alle Säuremoleküle ihr Proton abgeben?

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@blablablaablaaa

Das heißt, dass die Konzentration der H3O+ genau 1 mol/l beträgt - denn der Logarithmus von 1 ist 0, und bekanntlich steht das "p" für "negativen Logarithmus".

Mehr folgt daraus erstmal nicht - aber in einem Liter Wasser sind 55 Mol Wasser, und in einem Liter konzentrierter Salzsäure sind 10 Mol HCl, also bist Du mit 1 Mol/l H3O+ noch weit von irgendwelchen Grenzen entfernt.

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Er ist als negativer Zehnerlogarythmus von irgendwas definiert, und geht nur von 0-14

Kleine Ergänzung

Er wird als der negative dekadische Logarithmus (Das ist der Zehnerlogarithmus) der H3O-Ionenkonzentration definiert bzw. der Protonen. Neutral ist wäre ein Wert von 7.

Wie du gesagt hast, geht das nur von 0-14 :)

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Das ist falsch.

Der pH wird nur dann sinnlos, wenn das Lösungsmittel Wasser nicht mehr Lösungsmittel, sondern ein Nebenbestandteil ist.

Aber das ist wohl etwas jenseits deiner einfachen Betrachtungen.

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