Rechner für pH einer Lösung
Dieser Online-Rechner berechnet den pH einer Lösung. Dafür gibt es zwei Rechner – einer für entweder eine starke Säure oder einem starken Base, und ein andere für entweder einer schwachen Säure oder einem schwachen Base.
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Unten kann man zwei Rechner finden, der bei der Antwort für ein chemisches Problem helfen kann. Der erste Rechner berechnet den pH von einer starken Säure oder starken Base Lösung. Der zweite berechnet den pH von einer schwachen Säure oder schwachen Base Lösung. Unter den Rechnern kann man ein wenig Theorie und eine Beschreibung der Berechnungen mit Formeln finden.
pH einer starken Säure / Base-Lösung
pH einer schwachen Säure / Base-Lösung
pH von einer Lösung
pH steht für pondus hydrogenii, was so viel bedeutet wie „Potential des Wasserstoffs“ oder auch „Gewicht des Wasserstoffs. pH ist der negative Wert des Zehnerlogarithmus Base 10 der Wasserstoffionen-Aktivitäten.
In den meisten Chemieproblemen wird jedoch nicht die Wasserstoffion Aktivitäten verwenden. Stattdessen nutzt man Stoffmengenkonzentration oder Molarität. Wie sind diese beiden verbunden? Natürlich hängt die Ion Aktivitäten von der Ionkonzentration ab, und dies wird anhand der folgenden Gleichung beschrieben
wobei
– Wasserstoffionen-Aktivitäten
– Wasserstoffionen-Aktivitätenkoeffizienten
– Wasserstoffionenkonzentration
ist.
Der Aktivitätskoeffizient ist eine Funktion für die Ion Konzentration and nähert sich der 1 an, wenn die Lösung sich mehr auflöst. Für die aufgelöste (ideale) Lösung ist der Standardzustand des gelösten Stoffes 1,00 M, die Stoffmenge ist dann gleich der Aktivität. Daher kann man für die meisten Probleme, bei denen man von einer idealen Lösung ausgeht, die Zehnerlogarithmus Base 10 der molaren Konzentration verwenden, und nicht von der Aktivität.
Aber wofür wird der pH-Wert überhaupt benötigt? pH ist die Messung, die für einen bestimmten Säuregehalt oder Basizität einer wässrigen Lösung verwendet wird. Ob eine wässrige Lösung als eine Säure oder Base anschlägt, hängt von dem Inhalt der Wasserstoffionen (H+) ab.
Jedoch beinhalten sogar chemisch reines und neutrales Wasser ein paar Wasserstoffionen 1, aufgrund der automatischen Dissoziation des Wassers.
Es ist bekannt, dass im Gleichgewicht unter Standardbedingungen (750 mmHg und 25°C) 1l von reinem Wasser mol
and
mol
Ionen beinhaltet. Daher hat Wasser mit Standardtemperatur und Druck (STP) einen pH-Wert von 7. Säure setzt Wasserstoffionen frei, sodass deren wässrige Lösungen mehr Wasserstoffionen als neutrales Wasser hat, und daher mit einem geringeren pH-Wert von 7 als sauer gelten. Basen akzeptieren Wasserstoffionen (diese binden sich mit einigen der Wasserstoffionen, die sich durch die Dissoziation des Wassers bilden), sodass deren wässrige Lösungen weniger Wasserstoffionen beinhaltet als neutrales Wasser, und daher mit einem höheren pH-Wert von 7 als basisch gelten. Man muss aber beachten, dass die pH Skala ein Logarithmus ist (eine Differenz von Eins gilt als Differenz um eine Größenordnung, oder zehnfach) und deutet umgekehrt die Konzentration von Wasserstoffionen in einer Lösung an. Ein niedriger pH-Wert zeigt eine höhere Konzentration von Wasserstoffionen an – und umgekehrt.
Die Berechnung eines pH-Werts unter Verwendung einer molaren Konzentration ist im Falle einer starken Säure/Base und schwachen Säure/Base anders. Mehr dazu findet man weiter unten.
Starke Säure/Base
Starke Säuren und Basen sind Verbindungen, die sich aus praktischen Zwecken im Wasser komplett in ihre Ionen dissoziieren. Daher ist die Konzentration der Wasserstoffionen in solchen Lösungen gleich der Säurekonzentration. Die Berechnung des pH-Werts ist daher einfach
Für einfache Lösungen hat man die Base-Konzentration, also die Konzentration der Hydroxidionen OH-. Man kann den pOH Wert folgendermaßen berechnen:
Basierend auf den Gleichgewichtskonzentrationen von H+ und OH- im Wasser (wie oben beschrieben) werden die pH- und pOH Werte mit der folgenden Gleichung in Beziehung gesetzt:
, was für jede wässrige Lösung gilt.
Daher gilt für die Basislösung
Es gibt nur sieben gewöhnliche starke Säuren
– Salzsäure HCI
– Salpetersäure HNO3
– Schwefelsäure H2SO4
– Bromwasserstoffsäure HBr
– Jodwasserstoffsäure HI
– Perchlorsäure HClO4
– Chlorsäure HClO3
Es gibt auch nicht viele starke Basen, und einige von denen sind nicht sehr löslich im Wasser. Die folgenden sind wasserlöslich
– Natriumhydroxid NaOH
– Kaliumhydroxid KOH
– Lithiumhydroxid LiOH
– Rubidiumhydroxid RbOH
– Cäsiumhydroxid CsOH
Die Lösung einer starken Säure mit einer Konzentration von 1 M (1 mol/L) hat einen pH-Wert von 0. Die Lösung eines starken Alkalis mit einer Konzentration von 1 M (1 mol/L) hat einen pH-Wert von 14. Das bedeutet, das für die meisten entstandenen Probleme der pH-Wert hauptsächlich im Bereich von 0 bis 14 liegt. Jedoch ist es möglich, dass der pH-Wert auch negativ oder über 14 betragen kann.
Schwache Säure/Base
Schwache Säuren/Basen lösen sich nur teilweise im Wasser auf. Daher ist es ein wenig schwieriger, den pH-Wert einer schwachen Säure zu ermitteln. Die pH-Gleichung ist immer noch , aber man muss die Säuredissoziationskonstante (Ka) verwenden, um [H+] zu finden.
Die Formel für Ka lautet:
wobei:
– Konzentration von H+ Ionen
– Konzentration von konjugierten Basenionen
– Konzentration von nicht dissoziierten Säuremolekülen
für eine Reaktion
ist.
Die Formel beschreibt das Gleichgewicht. Um die Formel für H+ von der obigen Formel abzuleiten kann man die ICE (Anfang (initial) – Veränderung (change) – Gleichgewicht (equilibrium)) nutzen. Nehmen wir mal an, dass x die Konzentration von H+, die sich von HB dissoziiert hat – dann kann man die folgende Tabelle ausfüllen
| HB | H+ | B- | |
|---|---|---|---|
| Anfangskonzentration | C M | 0 M | 0 M |
| Veränderung der Konzentration | -x M | +x M | +x M |
| Gleichgewichtskonzentration | (C-x) M | x M | x M |
Nun kann man diese in die Ka-Formel einfügen:
Nachdem diese umgestaltet ist, erhält man eine quadratische Gleichung:
Um x zu ermitteln, muss man die quadratische Gleichung lösen und die positive Wurzel auswählen.
Schließlich fügt man x in die pH-Formel, um den pH-Wert zu finden.
Das gleiche gilt auch für Basen, wo man die Basenassoziationskonstante Kb verwendet. Ka und Kb sind normalerwiese gegeben, oder man findet diese in Tabellen.
Man hat eventual bemerkt, dass die Tabelle einige Säuren mit verschiedenen Ka-Werten hat. Dies bedeutet, dass diese Säure polyprotisch ist. Solch eine Säure kann mehr als nur ein Proton abgeben. Jedoch wird der Wert von der Konstanten wegen den molekularen Kräften bei jedem Proton um mehrere Größenordnungen geringer. Zum Beispiel gilt für Phosphorsäure:
Daher wird normalerweise immer nur ein Proton beachtet, and man verwendet den stöchiometrischen Koeffizienten gleich 1 für alle Berechnungen.
-
Ein Wasserstoffion bleibt nicht lange ein freies Proton, da es schnell hydriert wird durch ein umgebenes Wassermolekül. Das Ergebnis ist ein Hydroniomion
. ↩
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