Hilfreiche Ratschläge

Berechnung des pH-Wertes von Lösungen mit starken und schwachen Elektrolyten

Wasserstoffanzeige, pH (lat. pondus Hydrogenii - "Gewicht von Wasserstoff", ausgesprochen PH) Ist ein Maß für die Aktivität (in sehr verdünnten Lösungen entspricht dies der Konzentration) von Wasserstoffionen in Lösung, wobei der Säuregehalt quantitativ ausgedrückt wird. Es ist gleich groß und hat ein entgegengesetztes Vorzeichen zum dezimalen Logarithmus der Aktivität von Wasserstoffionen, ausgedrückt in Mol pro Liter:

pH = - lg ⁡ < displaystyle < mbox> = - lg left [< mbox> ^ <+> right]>

Inhalt

Dieses Konzept wurde 1909 vom dänischen Chemiker Sørensen eingeführt. Der Indikator wird in den ersten Buchstaben der lateinischen Wörter pH genannt potentia hydrogeni Ist die Stärke von Wasserstoff, oder pondus hydrogeni Ist das Gewicht von Wasserstoff. Im Allgemeinen wird in der Chemie die Kombination pX verwendet, um den Wert gleich –log X zu bezeichnen: Beispielsweise wird die Stärke von Säuren oft als pK ausgedrückta = −lg Ka.

Im Falle eines pH-Wertes bezeichnet der Buchstabe H die Konzentration von Wasserstoffionen (H +) oder genauer die thermodynamische Aktivität von Hydroxoniumionen.

PH-Wert Ausgabe

In reinem Wasser sind die Konzentrationen von Wasserstoffionen ([H +]) und Hydroxidionen ([OH -]) gleich und betragen bei 22 ° C 10 –7 mol / l. Dies ergibt sich direkt aus der Definition des Ionenprodukts von Wasser, das [H] ist +] · [OH -] und beträgt 10 −14 mol² / l² (bei 25 ° C).

Wenn die Konzentrationen beider Ionentypen in einer Lösung gleich sind, sagt man, dass die Lösung hat neutral Reaktion. Wenn Säure zu Wasser gegeben wird, steigt die Konzentration der Wasserstoffionen (tatsächlich steigt nicht die Konzentration der eigentlichen Ionen an - andernfalls könnte die Fähigkeit der Säuren, ein Wasserstoffion zu "binden", dazu führen -, sondern die Konzentration genau solcher Verbindungen, bei denen ein Wasserstoffion an eine Säure "gebunden" ist), sondern Die Konzentration an Hydroxidionen nimmt dementsprechend mit der Zugabe einer Base ab, im Gegenteil, der Gehalt an Hydroxidionen nimmt zu und die Konzentration an Wasserstoffionen nimmt ab. Wenn [H +]> [OH -], sagen sie, dass die Lösung ist sauerund wenn [OH -]> [H +] - die Haupt.

Zur Vereinfachung der Darstellung verwenden sie, um den negativen Exponenten loszuwerden, anstelle der Konzentration von Wasserstoffionen ihren dezimalen Logarithmus mit dem entgegengesetzten Vorzeichen, das in der Tat der Wasserstoffexponent - pH - ist.

pOH Edit

Der inverse pH-Wert, ein Maß für die Basizität der Lösung, pOH, ist gleich dem negativen Dezimallogarithmus der Konzentration der OH-Ionen in der Lösung:

Einige pH-Werte [ Quelle nicht angegeben 1358 Tage ]
SubstanzpHAnzeigefarbe
Geothermisches Wasser nahe Dallol-Vulkan≈ 0
Elektrolyt in Bleibatterien
Reines Wasser bei 25 ° C7,0
Blut7,36–7,44
Meerwasser8,0
Handseife (fettig)9,0–10,0
Ammoniak11,5
Bleiche (Bleiche)12,5
Konzentrierte Alkalilösungen>13

Da bei 25 ° C (Standardbedingungen) [H +] · [OH -] = 10 –14, ist es klar, dass bei dieser Temperatur pH + pOH = 14 ist.

Da in sauren Lösungen [H +]> 10 –7, in sauren Lösungen pH 7, der pH von neutralen Lösungen 7 ist, steigt bei höheren Temperaturen die elektrolytische Dissoziationskonstante von Wasser bzw. das ionische Produkt von Wasser an, so dass sich pH + als neutral herausstellt und OH & supmin;), im Gegensatz dazu steigt der neutrale pH-Wert mit sinkender Temperatur an.

Zur Bestimmung des pH-Werts von Lösungen werden häufig verschiedene Methoden angewendet. Der Wasserstoffindex kann mit Hilfe von Indikatoren näherungsweise geschätzt, mit einem pH-Meter genau gemessen oder durch Säure-Base-Titration analytisch bestimmt werden.

  1. Zur groben Abschätzung der Konzentration von Wasserstoffionen werden häufig Säure-Base-Indikatoren verwendet - organische Farbstoffe, deren Farbe vom pH-Wert des Mediums abhängt. Die bekanntesten Indikatoren sind Lackmus, Phenolphthalein, Methylorange (Methylorange) und andere. Indikatoren können in zwei verschiedenfarbigen Formen vorliegen - entweder in saurer oder in basischer Form. Die Farbveränderung jedes Indikators erfolgt in seinem Säurebereich, normalerweise 1-2 Einheiten.
  2. Um den Arbeitsbereich der pH-Messung zu erweitern, wird der sogenannte Universalindikator verwendet, bei dem es sich um eine Mischung mehrerer Indikatoren handelt. Der Universalindikator ändert sukzessive seine Farbe von Rot über Gelb, Grün, Blau nach Violett beim Übergang von der sauren in die Hauptregion. Die Bestimmung des pH-Wertes nach der Indikatormethode ist bei trüben oder gefärbten Lösungen schwierig.
  3. Mit einem speziellen Instrument - einem pH-Meter - können Sie den pH-Wert über einen größeren Bereich und genauer (bis zu 0,01 pH-Einheiten) als mit Hilfe von Indikatoren messen. Die ionometrische Methode zur Bestimmung des pH-Werts basiert auf der Messung der elektromotorischen Kraft mit einem Millivoltmeter-Ionometer-EMK eines galvanischen Stromkreises mit einer speziellen Glaselektrode, deren Potential von der Konzentration der H + -Ionen in der umgebenden Lösung abhängt. Die Methode ist praktisch und sehr genau, insbesondere nach der Kalibrierung der Indikatorelektrode in einem ausgewählten pH-Bereich. Sie ermöglicht die Messung des pH-Werts von opaken und farbigen Lösungen und ist daher weit verbreitet.
  4. Die analytische volumetrische Methode - Säure-Base-Titration - liefert auch genaue Ergebnisse zur Bestimmung des Säuregehalts von Lösungen. Zu der Testlösung wird eine Lösung bekannter Konzentration (Titriermittel) zugetropft. Beim Mischen läuft eine chemische Reaktion ab. Der Äquivalenzpunkt - der Moment, in dem das Titriermittel genau genug ist, um die Reaktion vollständig abzuschließen - wird mit einem Indikator festgelegt. Bei Kenntnis der Konzentration und des Volumens der zugesetzten Titriermittellösung wird der Säuregehalt der Lösung berechnet.
  5. Der Einfluss der Temperatur auf den pH-Wert

0,001 mol / l HCl bei 20 ° C haben einen pH-Wert von 3, bei 30 ° C einen pH-Wert von 3 [ Quelle nicht angegeben 1180 Tage ]

0,001 mol / l NaOH bei 20 ° C haben einen pH-Wert von 11,73, bei 30 ° C einen pH-Wert von 10,83 [ Quelle nicht angegeben 1180 Tage ]

Der Einfluss der Temperatur auf den pH-Wert wird durch die unterschiedliche Dissoziation von Wasserstoffionen (H +) erklärt und ist kein experimenteller Fehler. Der Temperatureffekt kann durch die Elektronik des pH-Meters nicht kompensiert werden.

Die Azidität des Mediums ist für viele chemische Prozesse wichtig, und die Möglichkeit des Auftretens oder das Ergebnis einer bestimmten Reaktion hängt häufig vom pH-Wert des Mediums ab. Um einen bestimmten pH-Wert im Reaktionssystem während Labortests oder in der Produktion aufrechtzuerhalten, werden Pufferlösungen verwendet, mit denen Sie einen praktisch konstanten pH-Wert beibehalten können, wenn Sie verdünnt werden oder wenn der Lösung kleine Mengen Säure oder Alkali zugesetzt werden.

Der Wasserstoff-pH-Wert wird häufig verwendet, um die Säure-Base-Eigenschaften verschiedener biologischer Umgebungen zu charakterisieren.

Die Azidität des Reaktionsmediums ist von besonderer Bedeutung für biochemische Reaktionen in lebenden Systemen. Die Konzentration von Wasserstoffionen in einer Lösung beeinflusst häufig die physikochemischen Eigenschaften und die biologische Aktivität von Proteinen und Nukleinsäuren. Für das normale Funktionieren des Körpers ist daher die Aufrechterhaltung einer Säure-Base-Homöostase eine äußerst wichtige Aufgabe. Durch die Wirkung der körpereigenen Puffersysteme wird eine dynamische Aufrechterhaltung des optimalen pH-Werts der biologischen Flüssigkeiten erreicht.

Im menschlichen Körper in verschiedenen Organen ist der Wasserstoffindex unterschiedlich.

Starke Elektrolyte

Schwacher Elektrolyt Es ist üblich, chemische Verbindungen in Betracht zu ziehen, deren Moleküle auch in stark verdünnten Lösungen nicht vollständig in Ionen dissoziieren. Der Dissoziationsgrad schwacher Elektrolyte für dezimolare Lösungen (0,1 M) beträgt weniger als 3%. Beispiele für schwache Elektrolyte: alle organischen Säuren, einige anorganische Säuren (z. B. H2S, HCN), die meisten Hydroxide (z.B. Zn (OH)2Cu (OH)2).

Für Lösungen schwache Säuren Die Konzentration der Wasserstoffionen [H +] in der Lösung wird nach der Formel berechnet:

wo: Kk ist die Dissoziationskonstante der schwachen Säure, Ck ist die Säurekonzentration, mol / dm 3.

Für Lösungen schwache Gründe Die Konzentration der Hydroxylionen wird nach der Formel berechnet:

wo: Ko ist die Dissoziationskonstante der schwachen Base Sos. - Konzentration der Base, mol / dm 3.

Dissoziationskonstanten schwacher Säuren und Basen bei 25 ° C

Dissoziationskonstante Cd

2.2. Beispiele für die Lösung einer individuellen Aufgabe

Aufgabenzustand:Identifizieren die Konzentration von Wasserstoff und Hydroxylionen in Lösung, wenn pH = 5,5.

Die Konzentration der Wasserstoffionen wird nach der Formel berechnet:

[H +] = 10 –5,5 = 3,16 × 10 –6 mol / dm 3

Die Konzentration der Hydroxylionen berechnet sich nach der Formel:

ROZ = 14 - pH = 14 - 5,5 = 8,5

[OH -] = 10 –8,5 = 3 × 10 –9 mol / dm 3

Aufgabenzustand: Berechnen Sie den pH-Wert einer 0,001 M HCl-Lösung.

Die Säure HC1 ist ein starker Elektrolyt (Tabelle 2.1) und dissoziiert in verdünnten Lösungen fast vollständig in Ionen:

Daher ist die Konzentration der Ionen [H +] gleich der Gesamtkonzentration der Säure: [H +] = Cm = 0,001 M.

[N +] = 0,001 = 1 · 10 –3 mol / dm 3

pH = - log [H +] = - log 1 · 10 & supmin; ³ = 3

Aufgabenzustand: Berechnen Sie den pH-Wert einer 0,002 M NaOH-Lösung.

Die Base NaOH ist ein starker Elektrolyt (Tabelle 2.1) und dissoziiert in verdünnten Lösungen fast vollständig in Ionen:

Daher ist die Konzentration der Hydroxylionen gleich der Gesamtkonzentration der Base: [OH -] = Cm = 0,002 M.

rON = - log [OH -] = - logCm = - log 2 · 10 & supmin; ³ = 2,7

Basierend auf der Formel: pH + pOH = 14 finden wir den pH der Lösung:

pH = 14 - 2,7 = 11,3

Aufgabenzustand:Berechnen Sie den pH-Wert von 0,04 M NH-Lösung4OH, wenn die Dissoziationskonstante Kd (NH4OH) = 1,79 · 10 & supmin; & sup5; (Tabelle 2.2).

Base NH4OH ist ein schwacher Elektrolyt und dissoziiert in verdünnten Lösungen sehr leicht in Ionen.

Die Konzentration von Hydroxylionen [OH -] in einer Lösung einer schwachen Base wird berechnet durch die Formel:

mol / dm 3

pOH = - log [OH -] = - log 8,5 · 10 & supmin; ² = 1,1

Basierend auf der Formel: pH + pOH = 14 finden wir den pH der Lösung:

pH = 14 - pOH = 14 - 1,1 = 12,9

Beispiel Nr. 5

Aufgabenzustand:Berechnen Sie den pH-Wert 0,17 M Essigsäurelösung (CH3COOH), wenn die Dissoziationskonstante Kd (CH3COOH) = 1,86 · 10 & supmin; & sup5; (Tabelle 2.2).

Acid CH3COOH ist ein schwacher Elektrolyt und dissoziiert in verdünnten Lösungen sehr leicht in Ionen.

Die Konzentration von Wasserstoffionen [H +] in einer schwachen Säurelösung wird berechnet durch die Formel:

mol / dm 3

Berechnen Sie den pH-Wert Lösung nach der Formel: pH = - log [H +]

pH = - log 1,78 · 10 & supmin; ³ = 2,75

2.3. Einzelne Aufgaben

Aufgabenbedingungen (Tabelle 2.3):

Aufgabennummer 1. Berechnen Sie die Konzentration von Wasserstoff und Hydroxylionen in Lösung bei einem bestimmten pH-Wert (siehe Beispiel Nr. 1).

Aufgabennummer 2. Berechnen Sie den pH-Wert einer Lösung eines starken Elektrolyten (Säure, Base) bei einer bestimmten Konzentration (siehe Beispiel Nr. 2, 3).

Aufgabennummer 3. Berechnen Sie den pH-Wert der Lösung eines schwachen Elektrolyten (Säure, Base) bei einer bestimmten Konzentration (siehe Beispiel Nr. 4, 5).