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 pKS-Wert kleiner als 3,5 starke und alle mit einem pKS-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 pKS 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: pKs von -6
Essigsäure: pKs von 4,47
Ammoniumionen: pKs 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 pKS-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 ∙ [pKS-logc0(HA)]
pH = 0,5 ∙ [4,47-log(0,01)]
pH = 0,5 ∙ [4,47-(-2)]
pH = 0,5 ∙ 6,47
pH = 3,235
Ammoniumionen:
pH = 0,5 ∙ [pKS-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 KS-Wert von 10-7. Berechnen Sie die Säurestärke und den pH-Wert.
Vorüberlegung:
Zuerst muss aus dem KS-Wert der pKS-Wert ermittelt werden. Da der pKS-Wert als negativer dekadischer Logarithmus des KS definiert ist, ist dieser ohne weitere Schwierigkeiten zu ermitteln. Anschließend kann der pH-Wert mithilfe der richtigen Formel berechnet werden.
Rechnung:
pKS = -log(KS)
pKS = -log(10-7)=7
pH = 0,5 ∙ [pKS-logc0(HA)]
pH = 0,5 ∙ [7-log(0,1)]
pH = 0,5 ∙ [7-(-1)]
pH = 0,5 ∙ 8
pH = 4