pH-Wert berechnen + Erklärung

Wenn man Interesse an der Stärke einer Säure oder Base hat, muss man eine einheitliche Skala festlegen. Genau diesen Zweck erfüllt der pH-Wert. Dieser gibt Aufschluss über den sauren bzw. basischen Charakter einer gelösten chemischen Verbindung. Der pH-Wert ist definiert als der negative dekadische Logarithmus der Wasserstoffionen-Konzentration in der Lösung:

  • pH = -lg [H3O+]

Er ist also umso niedriger, je mehr Oxonium in der Lösung vorhanden sind. Da sich sehr saure Verbindungen dadurch auszeichnen, dass sie in wässriger Lösung sehr viele Oxonium bilden, deutet ein niedriger pH-Wert (0 < pH < 7) auch auf eine saure Lösung hin.Ein pH-Wert von 7 entspricht einer neutralen Lösung. Die Konzentration an Oxonium entspricht in diesem Fall etwa der Konzentration an Hydroxyd.
Ein höherer pH-Wert (7 < pH < 14) zeigt eine basische Lösung an.

Der pOH-Wert

Als passendes Pendant zum pH-Wert kann man den pOH-Wert definieren. Dieser gibt die Konzentration an Hydroxid (OH-) wider:

  • pOH = -lg [OH-]

Die Umrechnung zwischen pH- und pOH-Wert geschieht folgendermaßen:

  • pH = 14 –pOH

Ein niedriger pOH-Wert (0 < pH < 7) deutet also auf eine basische Lösung hin, während ein hoher pH-Wert (7 < pH < 14) auf eine saure Lösung schließen lässt.

Der pKs-Wert

Der pKs-Wert beschreibt den Grad der Dissoziation einer Verbindung in wässriger Lösung. Nach dem Massenwirkungsgesetzt lässt sich die Säurekonstante Ks berechnen, welche ebenfalls Aufschluss über den Grad der Dissoziation einer Verbindung gibt. Die Säurekonstante beschreibt dabei die Gleichgewichtslage folgender Reaktion:

Latex formula

Der pKs-Wert ist lediglich der negative dekadische Logarithmus dieser Säurekonstante Ks.

Die Berechnung des pH-Wertes

Starke Säuren und Basen

Bei starken Säuren und Basen nimmt man an, dass diese äußerst starke Elektrolyte sind und daher nahezu vollständig dissoziiert vorliegen, was die Berechnung des pH-Wertes erheblich erleichtert. Als Beispiel wird der pH-Wert einer 0,050 molaren HNO3-Lösung berechnet. Da es sich bei der Salpetersäure um eine starke Säure handelt, geht man davon aus, dass diese vollständig dissoziiert vorliegt. Als Reaktion lässt sich festhalten:

Latex formula

Wegen der vollständigen Dissoziation der starken Salpetersäure kann man davon ausgehen, dass die Protonenkonzentration in etwa der Konzentration der Säure selbst entspricht. Daher ergibt sich für den pH-Wert:

  • pH = -log [H3O+] = -log(0,050) = 1,3

Nach ähnlichem Schema funktioniert die Berechnung des pH-Werts von starken Basen. Allerdings muss man hierbei einen Umweg über den pOH-Wert machen. Wie bei starken Säuren geht man auch bei starken Basen davon aus, dass diese vollständig dissoziiert sind. Jedoch dissoziieren starke Basen nicht zu Oxonium(H3O+) sondern zu Hydroxid (OH-). Als Beispiel wird der pH-Wert einer 0,035 molaren Natriumhydroxid-Lösung berechnet. Die Reaktion kann man folgendermaßen beschreiben:

Latex formula

Der pOH-Wert berechnet sich nach:

  • pOH = -log [OH-] = -log(0,035) = 1,46

Der pH-Wert lässt sich aus dem pOH-Wert wie folgt berechnen:

  • pH = 14 – pOH = 14 – 1,46 = 12,54

Schwache Säuren und Basen

Bei schwachen Säuren und Basen kann man nicht davon ausgehen, dass die Verbindungen in der Lösung vollständig dissoziieren, was die Berechnung des pH-Wertes etwas erschwert. Allerdings kann man zur Berechnung des pH-Werts bei bekannter Konzentration und gegebenem pKS-Wert eine Faustformel zur Berechnung verwenden. Diese lautet:

  • 0,5 x (pKs – log[H3O+])

Da der pKs-Wert direkt Aufschluss über den Grad der Dissoziation gibt, kann dieser miteinbezogen werden.

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