Wer in der Chemie erfolgreich werden will, muss Säuren und Basen verstehen. Sie sollten nicht nur verstehen, was diese Verbindungen sind und wie sie sich in Lösung verhalten, sondern auch in der Lage sein, einfache pH-Berechnungen und verstehen, warum das Verhalten starker Säuren Berechnungen mit diesen vereinfacht sim Substanzen.
Zunächst sollten Sie wissen, dass in der Chemie Konzentration wird oft in Mol pro Volumeneinheit ausgedrückt, normalerweise Liter (mol/L) und nicht in Masseneinheiten pro Liter. Die Grammzahl in 1 Mol eines Stoffes kann aus den Molekulargewichten oder Molekulargewichten seiner konstituierenden Atome bestimmt werden, die im Periodensystem der Elemente verfügbar sind.
- Die Größe mol/L wird normalerweise als einzelnes Symbol M geschrieben.
Was sind Säuren und Basen?
Eine Säure ist eine Verbindung, die in wässriger Lösung ein Proton abgibt. Dieses Proton wird manchmal in Gleichungen als eigenständiges Proton (H+) oder als Hydroniumion (ein Proton plus Wasser: H3Ö+). Die andere Komponente der gelösten Säure wird als konjugierte Base bezeichnet. Die allgemeine Formel für die Dissoziation einer Säure lautet HA → H
+ + A–, wo ein– ist die konjugierte Base.Basen hingegen fungieren als Doppelgänger von Säuren: Sie nehmen gerne Protonen auf, gleichbedeutend mit der Abgabe von Hydroxidionen (OH–) in wässriger Lösung. Der Rest einer dissoziierten Base heißt korrespondierende Säure, und ist oft ein Metallkation wie Na+.
Was ist der pH-Wert in der Chemie?
Der pH-Wert oder die "Kraft von Wasserstoff" ist ein Wert, der im Allgemeinen (aber nicht mathematisch) auf den numerischen Bereich von 0 bis 14,0 beschränkt ist. Saure Lösungen haben einen niedrigen pH-Wert, neutrale Lösungen (wie reines Wasser) haben einen pH-Wert von 7, und basische Lösungen haben einen höheren pH-Wert Werte.
Mathematisch ist der pH-Wert nur das Negative des Logarithmus zur Basis 10 der H-Konzentration+ (oder H3Ö+) Ionen: pH = –log10[H+]. Solange Sie einen Taschenrechner haben und mit Ihren Zehnerpotenzen vorsichtig umgehen, sind diese Berechnungen einfach.
Stärke von Säuren und Basen
Eine starke Säure gibt ihre Protonen leicht ab, und dies auch bei niedrigem pH-Wert der Umgebung, was bedeutet, dass bereits viele Protonen herumschweben. Schwache Säuren geben ihre Protonen nicht so leicht ab und werden erst dann in einem sinnvollen Ausmaß dissoziiert, wenn der pH-Wert näher am neutralen liegt. Starke Basen geben auch in Lösungen mit hohem pH-Wert leicht Hydroxidionen ab.
Den Stärken von Säuren und Basen kann ein Wert zugeordnet werden: pKein, oder der Säuredissoziationskonstante, der pH-Wert, bei dem die Hälfte einer Säure ihre Protonen abgegeben hat, während die andere Hälfte im konjugierten Zustand verbleibt. (Basen haben, du hast es erraten, pKb Werte.) Stärkere Säuren haben daher niedrigere pKein Werte.
Berechnung des pH-Wertes von Salzsäure
Salzsäure oder HCl ist eine bekannte und übliche starke Säure. Die Verwendung von Salzsäure umfasst die Bestückung von Chemielabors von Colleges und High-Schools auf der ganzen Welt sowie eine Vielzahl von Industrie- und Fertigungsanwendungen.
Beispiel: Berechnen Sie den pH-Wert einer 0,100 M HCl-Lösung.
Da HCl eine starke Säure ist, ionisiert sie vollständig, und der pH-Wert von HCl in Lösung kann aus der Konzentration (Molarität) der H+-Ionen ermittelt werden, die definitionsgemäß 0,100 M beträgt. (Die konjugierte Base der Säure, das Chloridion Cl–, hätte ebenfalls eine Konzentration von 0,100 M.)
Der pH-Wert ist somit –log (0,100) = 1.000.
Offensichtlich führen höhere Molaritätswerte zu niedrigeren pH-Werten und umgekehrt für HCl (oder jede Säure).
Online-pH-Rechner für starke Säuren
Wenn Sie keine Lust haben, einen Taschenrechner zu zücken und mehr über das chemische Verhalten einiger weiterer starker Säuren erfahren möchten, lesen Sie die Seite in den Ressourcen.