Arbeitsblatt: Der pH- Wert

Autoprotolyse des Wassers Mit äusserst empfindlichen Messgeräten kann man nachweisen, dass selbst hochreines Wasser den elektrischen Strom leitet. Also müssen im Wasser Moleküle vorhanden sein, welche den elektrischen Strom leiten. Diese elektrisch geladenen Moleküle werden Ionen genannt. Diese Ionen kommen dadurch zustande, dass sich die Wassermoleküle aufgrund der Dissoziation (lat. dioassociare „trennen, scheiden) in verschiedene Ionen auftrennen. Diese stammen aus der Reaktion zweier Wassermoleküle. So trennen sich zwei H2O- Moleküle auf und bilden je ein Hydronium- Ion (H3O) und ein Hydroxid- Ion (OH) Da in dieser Reaktion ausschliesslich Wassermoleküle beteiligt sind und diese von selbst abläuft, spricht man von einer Autoprotolyse des Wassers. Bei ihr entstehen zu gleichen Teilen Hydronium- Ionen (H3O) und Hydroxid- Ionen (OH). Wenn du beispielsweise eine bestimmte Menge Kochsalz in 100 mL Wasser löst, hat diese Lösung eine bestimmte Konzentration an „Kochsalz Ionen in diesen 100 mL Wasser. (Näheres dazu etwas später) Ionenprodukt des Wassers Bei der Autoprotolyse des Wassers reagieren zwei Wassermoleküle immer in ein Hydronium- Ion (H3O) und ein Hydroxid- Ion (OH). Dies bedeutet, dass es immer gleich viele Teilchen (H3O) und (OH) gibt und somit auch die Konzentrationen c(H3O) und c(OH) gleich gross sind. Messungen haben gezeigt, dass das Produkt der beiden Ionen 1014 mol 2 L2 beträgt. Man spricht hier vom Ionenprodukt des Wassers K Das Ionenprodukt ist also das Produkt zweier Ionenkonzentrationen. Angegeben mit c. c H 3O ) (O ( 3O ) 1 0 14 o 2 L2 1 0 14 o 2 L2 1 0 7 o / Damit man sich die unvorstellbar kleine Zahl von 107 mol Ionen (H3O) und 107 mol Ionen (OH) etwas vorstellen kann, zeigt folgende Überlegung: In 10 000 Tonnen oder in 10 Millionen Liter Wasser befinden sich 19 Gramm (H3O)- Ionen und 17 Gramm (OH)- Ionen. Chemie: Säuren und Basen 4. Bezirksschule -1- // mzu Definition pH- Wert Ob nun eine Lösung sauer oder basisch (alkalisch) ist, wird durch den sogenannten pH- Wert angezeigt. Der pH- Wert ist in einer Skala von 0- 14 definiert und hat keine Einheit. Es gilt: In sauren Lösungen ist: In alkalischen Lösungen ist: In neutralen Lösungen ist: pH 7 pH 7 pH 7 Der pH- Wert kann entweder mit einem Messgerät oder Indikatorpapieren bzw. Indikatorlösungen bestimmt werden. So wird jeder Farbe eines Indikators einem pH- Wertebereich zugeordnet. Einige Indikatoren sind sehr präzise, andere wiederum zeigen nur einen pH- Bereich an. Siehe erstes Praktikum Säuren und Basen! pH ist eine Abkürzung und bedeutet lateinisch „potentia hydrogenii, was soviel wie „Kraft des Wasserstoffs heisst. Diese Kraft des Wasserstoffs wird mit folgender Gleichung deutlich: Aus der Definition des pH- Wertes folgt die Abhängigkeit der (H3O)- Ionenkonzentration. Der pH ist also durch die Konzentration der (H3O)- Ionen mit folgendem mathematischen Hintergrund vom dänischen Chemiker Soren Sorensen definiert worden. Erklärung weshalb nun Säuren sauer reagieren: Säuren dissoziieren (teilen sich in Wasserstoff- Ion und Säurerest), wenn sie mit Wasser reagieren, d.h. sie geben ein Wasserstoff-Ion H ab. (Siehe obige Gleichung) Der pH-Wert gibt an, wie viele von diesen H- Ionen in der Lösung vorhanden sind. Je mehr H, desto stärker ist die Säure. Der pH- Wert einer Lösung entspricht dem negativen 10er Logarithmus der (H3O)- Ionenkonzentration. 3 pH log ( O pH 7 log10 pH log107 (7) 7 pH Merke: Je der Anteil der (H3O)- Ionen, desto ist die Lösung. Je der Anteil der (OH)- Ionen, desto ist die Lösung Chemie: Säuren und Basen 4. Bezirksschule -2- // mzu Analog zum pH-Wert kann auch der pOH-Wert betrachtet werden: Der pOH-Wert wird als negativer dekadischer Logarithmus der OH--Ionenkonzentration definiert: Merke: pOH - log c(OH-) Regel: pH pOH 14 Einfache Berechnungsbeispiele: A1: Wie gross ist die Hydronium- Ionenkonzentration bei einem pH- Wert von 5? Lösung: pH log c( 3O ) 5 log(10 pH c( 3O ) 10 5 A2: Wie gross ist der pOH- Wert und die OH- Konzentration aus dem obigen Beispiel? Lösung: 14 pH pOH pOH x 14 5 x 14 5 9 pOH c( 3O ) c(OH 10 14 10 5 c(OH 10 14 c(OH 1014 10 9 5 10 A3: Welchen pH-Wert besitzt eine Lösung mit einer Hydronium- Ionenkonzentration c[H3O] 2 · 105 mol/L. Wie gross ist die pOH Konzentration? pH -log c(H3O pH -log (2 10-5 pH 4.7 Chemie: Säuren und Basen 4. Bezirksschule -3- // mzu A4: Ergänze die fehlenden Felder. pH 8 2 c[H3O] pOH c[OH-] 6 103 104.5 7.6 3.7·102 7.56·105 4·104 Chemie: Säuren und Basen 4. Bezirksschule -4- // mzu