====== pH-Wert und Formeln für das chemische Rechnen ======
===== pH-Wert, Skala und Erläuterung =====
| 0 ... | 7 | ... 14 |
| Säure | neutral | Lauge |
^ c(H+) > c(OH-) ^ c(H+) = c(OH-) ^ c(H+) < c(OH-)^
Neutrale Lösungen haben also den pH-Wert 7, //aber// **haut**-neutral ist ein pH-Wert von 5,5 (Säureschutzmantel der Haut).
Der pH-Wert misst die Anzahl der Wasserstoffionen (H+) in einem bestimmten Volumen, z.B. **Liter**.
Der pH-Wert ist also ein //Maß// für die Konzentration der Wasserstoffionen in einer Lösung.
Das bedeutet: Nur in Lösungen, die Wasserstoffionen enthalten, kann ein pH-Wert gemessen werden.
Neutrale Lösungen enthalten auch Wasserstoffionen, da die Wassermoleküle (zu einem ganz kleinen Anteil) spontan in Wasserstoffionen und Hydroxidionen zerfallen können: H2O -> H+ + OH-
===== Formeln =====
|m = M * n| Masse = Molmasse((molare Masse) mal Stoffmenge|
|m = rho * V| Masse = Dichte mal Volumen|
|M = m / n| Molmasse = Masse geteilt durch Stoffmenge|
|V = V_m * n| Volumen = Molvolumen mal Stoffmenge|
|V = m / rho| Volumen = Masse durch Dichte|
|V_m = V / n| Molvolumen = Volumen geteilt durch Stoffmenge|
|rho = m/V| Dichte = Masse geteilt durch Volumen|
^c = n/V^ Konzentration = Stoffmenge geteilt durch Volumen|
n ist die Stoffmenge mit der Einheit mol, N ist die Teilchenzahl (hat keine Einheit) einer bestimmten Stoffportion. Ein Mol einer Teilchensorte sind dabei ungefähr 6 * 10^23 Teilchen. Ein Mol eines Gases hat bei Standardbedingungen ein Volumen von 22,4 l (Molvolumen).
====== pH-Wert von Säuren und Laugen verschiedener Konzentration ======
Experimentell wurden die pH-Werte von Säuren und Laugen verschiedener Konzentration ermittelt.
Ausgangspunkt waren die in den Tropffläschchen vorhandene Salzsäure und Natronlauge.
1 ml der jeweiligen Lösung wurde mit 9 ml Wasser vermischt und dann der pH-Wert gemessen.
Der Schritt wurde noch fünf mal mit der jeweils verdünnten Lösung wiederholt.
Messwerte:
^ ^HCl (aq) >> |||||| ^ << NaOH (aq)||||||
|gemessener pH-Wert (Durchschnitt): |1.0|3.0|5.5|5.75|6.0|6.0| |7.0|7.3|7.5|9.5|11.5|13.75|
|erwarteter pH-Wert: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
Von Links nach Rechts (>>>>>) steigt der pH-Wert, die Wasserstoffionenkonzentration nimmt also ab.
Von Rechts nach Links (<<<<<) sinkt der pH-Wert, die Hydroxidionenkonzentration nimmt also ab.
Die Ausgangslösungen sollten eine Konzentration von 1 mol/l haben (1 ml mit 1 mol/l in 10 ml Lösung). Daher die erwarteten pH-Werte von pH = 1 (c(H+ = 10-1 mol/l) für die Säure und und pH = 13 (c(H+ = 10-13 mol/l = c(OH- = 10^-1 mol/l).
Beim beschriebenen Verdünnungsverfahren müsste sich der pH-Wert in jedem Schritt um 1 ändern, da die Konzentration der Säure und Lauge jeweils 1/10 der vorherigen Lösung war (wenn sich die Konzentration von OH- um den Faktor 10 verringert, steigt die Konzentration von H+ um den Faktor 10).