pH-Wert Berechnung für starke Säuren / Basenwegners/12_Sauere-Base2_SoSe.pdf · pH = 1 1 pH-Wert...
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pH = 1
1
pH-Wert Berechnung für starke Säuren / Basen
pOH = 1; pH = 13
H2SO4 + 2 H2O 2 H3O+ + SO42–
starke Säure, vollständige Dissoziation
[H3O+] = 2 · 0.005 mol/l = 0.01 mol/l = 10–2 mol/l; pH = 2
0.1 mol/l HCl: HCl + H2O H3O+ + Cl–
starke Säure, vollständige Dissoziation
[H3O+] = 10–1 mol/l;
0.1 mol/l NaOH: NaOH Na+aq + OH–
starke Base, vollständige Dissoziation
[OH–] = 10–1 mol/l;
0.005 mol/l H2SO4:
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Die Stärke einer Säure oder einer Base ist durch ihre Neigung
zur Protonenaufnahme oder -abgabe gekennzeichnet.
A- HA + H+
2 HA + H O A- + H O+ B + H O BH+ + OH-
3 2
2
Die Säure- und Base-Gleichgewichte
Die Stärke von Säuren und Basen lässt sich nicht absolut
sondern nur relativ bestimmen. Bezugsgröße ist Wasser:
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Starke Säuren und Basen sind „vollständig“ dissoziiert
Schwache Säuren und Basen
Die Säure- und Base-Gleichgewichte
2 HA + H O A- + H3O+
B + H2O BH+ + OH-
B + H2O BH+ + OH-
2 HA + H O A- + H3O+
3
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Anwendung des Massenwirkungsgesetzes:
3
H O A
HA K S
pKS = -log KS
Säure- und Base-Gleichgewichte: Quantitative Beschreibung
2 HA + H O 3 A- + H O+
Je stärker eine Säure, desto schwächer ist die konjugierte Base
pK S pKB pK W
HA + H O A– + H O+
2 3 2 A– + H O HA + OH–
Für konjugierte Säure-Base Paare gilt:
4
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pKS-Werte
einiger Säuren
Essigsäure (CH3COOH)
als typisches Beispiel
für schwache Säure
Mehrprotonige Säure
(z.B. Kohlensäure,
H2CO3): ein pKS pro
Deprotonierungsschritt
5
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sehr starke Säure (Base)
6
pKS (pKB) - 1.74
starke Säure (Base)
schwache Säure (Base)
- 1.74 < pKS (pKB)
4.5 < pKS (pKB)
4.5
9.5
sehr schwache Säure (Base)
extrem schwache Säure (Base)
9.5 < pKS (pKB) 15.74
pKS (pKB) 15.74
Die Säure- und Base-Konstante
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pH-Wert Berechnung für schwache Säuren / Basen
schwache Säure, unvollständige Dissoziation – Beispiel Essigsäure:
CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+
3 3
[CH3COOH]
5
KS 1.8 10 [H O ][CH COO ]
[H O ] [CH COO ] 3 3
[H O ] K [CH COOH] 3 S 3
7 pH = ½ (pKS - log c0 (Säure))
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pH-Wert Berechnung für schwache Säuren / Basen
0.1 mol/l CH3COOH: pH=? 5 KS 1.8 10 M
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pH-Wert Berechnung für schwache Säuren / Basen
0.1 mol/l CH3COOH: pH=?
CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+
[CH3COOH] [CH3COOH]0 [H O ] [CH COOH]
3 3 0
[H O ] K [CH COOH] 3 S 3 0
pH 2,87
9
5 KS 1.8 10
[H O ] 1,3 x 10-3 M 3
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Starke Säure:
10
[HA] = [H3O+]
pH = - log c0 (Säure)
Starke Base:
Schwache Säure:
Schwache Base:
[B] = [OH-]
pOH = - log c0 (Base)
pH = 14 - pOH
[H3O+] [HA]
pH = ½ (pKS - log c0 (Säure))
[OH-] [B]
pOH = ½ (pKB - log c0 (Base))
pH = 14 - pOH
Formeln zur pH-Wert Berechnung I
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Titration: Allmähliche Zugabe einer Base zu einer Säure (Alkali-
metrie) oder umgekehrt einer Säure zu einer Base (Azidimetrie).
Titrationskurve: Messkurve des pH-Werts während des
Fortschritts der Titration
Titration
11
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1 = Äquivalenzpunkt
pH bei Titrationsgrad = 1
2 = Neutralpunkt
(definitionsgemäß pH = 7)
12
Der Titrationsgrad entspricht dem Molverhältnis der zugege-
benen Base und der vorgelegten Säure (bzw. umgekehrt).
Titration
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Bei mehrprotonigen Säuren / mehrbasigen Basen gibt es
mehrere Äquivalenzpunkte, Beispiel Phosphonsäure
Titration
13
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Reaktion einer starken Säure (HCl) mit einer starken Base (NaOH)
Neutralisation Titrationskurve
15
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vale
Ende: 0,1 M NaOH
pOH = -log 10-1
= 1
pH = 14 – pOH = 13
1 = Äquivalenzpunkt; 2 = Neutralpunkt (pH = 7)
Reaktion einer starken Säure (HCl) mit einer starken Base (NaOH)
(Vernachlässigung des Volumeneffektes)
Start: 0,1 M HCl
pH = -log 10-1
= 1
1: 0,1 M NaCl-Lösung
pH = 7
Neutralisation Titrationskurve
16
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Was ist der pH wenn 50 ml 0,1 M NaOH mit 100 ml 0,1 M HCl
gemischt wird?
Reaktion einer starken Säure (HCl) mit einer starken Base (NaOH)
Neutralisation Titrationskurve
16
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Reaktion: schwache Säure (Essigsäure) mit starker Base (NaOH)
Neutralisation
17
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Generelles Vorgehen zum Berechnen von pH-Werten für
unterschiedliche Titrationsgrade
Titration
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1 = Äquivalenzpunkt; 2 = Neutralpunkt (pH = 7)
Reaktion: schwache Säure (Essigsäure) mit starker Base (NaOH)
Start: 0,1 M CH3COOH
pH = ½ (pKS - log C0)
= ½ (4,75 - (-1))
= 2,8
1,5
1: 0,1 M NaCH3COO-
Lösung
pOH = ½ (pKB - log C0)
= ½ (9,25 +1)
pH = 14 – 5,1 = 8,9
3 = Pufferpunkt; pH = pKS
schraffiert: Pufferbereich (pKS1)
Neutralisation
18
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Reaktion: schwache Säure (Essigsäure) mit starker Base (NaOH)
Neutralisation
18
Was ist der pH wenn 50 ml 0,1 M NaOH mit 100 ml 0,1 M Essigsäure
gemischt wird?
Was ist der pH wenn 75 ml 0,1 M NaOH mit 100 ml 0,1 M Essigsäure
gemischt wird?
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Pufferlösungen
21
Mischungen aus gleichen Anteilen einer schwachen Säure und
ihrer konjugierter (starken) Base, bzw. aus einer schwachen
Base und ihrer konjugierter Säure werden Pufferlösungen
genannt.
Sie sind in der Lage sowohl H+ - als auch OH– -Ionen zu binden
und halten daher den pH-Wert in weiten
Konzentrationsbereichen „konstant“ (nur geringe Änderungen).
Quantitativ werden Pufferlösung durch die Henderson-
Hasselbalch-Gleichung beschrieben.
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Pufferformel - Henderson-Hasselbalch-Gleichung
Die Puffergleichung nach Henderson-Hasselbalch ergibt sich
aus der Protolyse einer schwachen Säure:
HA + H2O H3O+ + A-
[HA] S = K [H+] =
[H+] · [A– ] [HA]
[A– ] · K S
[H+] = K pH = pK S S
Henderson-Hasselbalch pH = pKS + lg [A– ]
[HA]
Äquimolare Mengen: [A-] = [HA]
22
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Eigenschaften von Puffersystemen
pH = pKS + lg [A– ]
größer die Pufferkapazität !
[HA]
- der pH-Wert von Pufferlösungen bleibt beim Verdünnen konstant
Pufferbereich:
Einsatzbereich von Pufferlösungen: pH = pKS 1
Pufferkapazität:
- Menge an Säure oder Base, die zugegeben werden muss, um
pH-Wert um eine Einheit zu verändern.
- Gleiche Volumina verschieden konzentrierter Pufferlösungen
unterscheiden sich in ihrer Pufferkapazität
- Je größer die Konzentration der Puffersubstanzen, umso
21
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Ein wichtiges Puffersystem: Kohlensäure / Carbonat
CO2 + H2O
H2CO3 + H2O
HCO3- + H2O
H2CO3
HCO3- + H3O+
CO32- + H3O+
H2CO3 / HCO3- puffert biologische und
geologische Systeme bei pH~6-7:
24
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Berechnen Sie den pH-Wert von folgenden Lösungen. a) 0,001 M HCl. Geben Sie außerdem den pOH-Wert an. b) 0,01 M c) 0,1 M NH4Cl Lösung? (Kb (NH3) = 1,5 x 10-5) d) Wenn je 1 L 0,04 M NaOH und 0,1 M Essigsäure (HA) gemischt werden? (Ks (HA) = 1,8 x10-5)