Da nicht alle Säuren vollständig dissoziiert vorliegen, kann die Formel pH= - log c(H₃O⁺), die zur Berechnung des pH-Wertes oben aufgeführt wurden, nicht immer angewandt werden. Aus diesem Grund unterscheidet man zwischen starken und schwachen Säuren. Als Faustregel lässt sich sagen, dass alle Säuren mit einem pK_S-Wert kleiner als 3,5 starke und alle mit einem pK_S-Wert größer als 3,5 schwache Säuren sind.

Starke Säuren, wie beispielsweise die Salzsäure, Schwefelsäure oder Salpetersäure, liegen vollständig dissoziiert vor. Ihre pH-Berechnung erfolgt nach der bereits bekannten Formel: pH = - log c(H₃O⁺)

Diese Formel kann angewandt werden, da die Konzentration an H₃O⁺-Ionen in Lösung genau so groß ist, wie die Konzentration an Säure (vollständige Dissoziation).

Schwache Säuren liegen nicht vollständig dissoziiert vor. Ihre pH-Werte können daher nicht mit der genannten Formel berechnet werden. Bei Säuren mit einem pK_S größer als 3,5 gilt stattdessen die Formel:

Klassische starke Säuren sind Salzsäure (HCl), Salpetersäure (HNO₃) und Schwefelsäure (H₂SO₄). Eine schwache Säure ist die Essigsäure (CH₃COOH).

Analog gilt dies natürlich auch für Basen. Der durch die Formeln errechnete pOH-Wert muss dann nur noch in den pH-Wert umgerechnet werden.

Starke Basen:

Schwache Base:

Typische starke Basen sind Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH). Eine schwache Base ist der Ammoniak (NH₃).

Wir haben drei Gefäße mit einer jeweils 0,01 molaren Lösung der folgenden Säuren:

Salzsäure: pK_s von -6

Essigsäure: pK_s von 4,47

Ammoniumionen: pK_s von 9,25

Aufgabe: Berechnen Sie die jeweiligen pH-Werte.

Vorüberlegung:

Bevor die pH-Werte berechnet werden können, müssen die Säuren in starke und schwache Säuren eingeteilt werden. Da der pK_S-Wert der Salzsäure kleiner als 3,5 ist, handelt es sich hierbei um eine starke Säure. Die anderen beiden Säuren zählen zu den schwachen Säuren.

Rechnung:

Salzsäure:

pH = -log c₀ (HA)

pH = -log (0,01) = 2

Essigsäure:

pH = 0,5 ∙ [pK_S-logc₀(HA)]

pH = 0,5 ∙ [4,47-log(0,01)]

pH = 0,5 ∙ [4,47-(-2)]

pH = 0,5 ∙ 6,47

pH = 3,235

pH = 0,5 ∙ [pK_S-logc₀(HA)]

pH = 0,5 ∙ [9,25-log(0,01)]

pH = 0,5 ∙ [9,25-(-2)]

pH = 0,5 ∙ 11,25

pH = 5,625

Ein Gefäß ist mit einer Lösung mit 0,1 molarem Schwefelwasserstoff (H₂S) gefüllt. Diese hat eine K_S-Wert von 10^-7. Berechnen Sie die Säurestärke und den pH-Wert.

Vorüberlegung:

Zuerst muss aus dem K_S-Wert der pK_S-Wert ermittelt werden. Da der pK_S-Wert als negativer dekadischer Logarithmus des K_S definiert ist, ist dieser ohne weitere Schwierigkeiten zu ermitteln. Anschließend kann der pH-Wert mithilfe der richtigen Formel berechnet werden.

Rechnung:

pK_S = -log(K_S)

pK_S = -log(10^-7)=7

pH = 0,5 ∙ [pK_S-logc₀(HA)]

pH = 0,5 ∙ [7-log(0,1)]

pH = 0,5 ∙ [7-(-1)]

pH = 0,5 ∙ 8

pH = 4