Starke Säuren und Basen
Bei starken Säuren und Basen liefert die Ausgangskonzentration direkt die Ionenkonzentration.
- Starke Säure:vollständige Protolyse, also \(c(\ce{H3O+}) = c_0(\ce{HA})\).
- pH-Wert:\(\mathrm{pH} = -\lg c(\ce{H3O+})\) — eingesetzt wird der Zahlenwert in \(\mathrm{mol/L}\).
- Starke Base:\(c(\ce{OH-}) = c_0\), z. B. Natronlauge; zuerst \(\mathrm{pOH} = -\lg c(\ce{OH-})\).
- Umrechnung:\(\mathrm{pH} = 14 - \mathrm{pOH}\) (bei \(25\ ^\circ\mathrm{C}\)).
- Rückweg:\(c(\ce{H3O+}) = 10^{-\mathrm{pH}}\ \mathrm{mol/L}\).
- Beispiel:Salzsäure, \(c_0 = 0{,}01\ \mathrm{mol/L}\): \(\mathrm{pH} = -\lg 0{,}01 = 2\).
Starke Säuren und Basen: \(\mathrm{pH} = -\lg c_0\) für starke Säuren, \(\mathrm{pH} = 14 + \lg c_0\) für starke Basen.
Schwache Säuren näherungsweise
Eine schwache Säure bleibt fast vollständig als HA in der Lösung — damit vereinfacht sich \(K_S\).
- Näherung 1:\(c(\ce{H3O+}) = c(\ce{A-})\) — jede Protolyse liefert von beiden eins.
- Näherung 2:\(c(\ce{HA}) \approx c_0\) — nur ein kleiner Teil der Säure protolysiert.
- Schwache Base:genauso mit \(K_B\): \(c(\ce{OH-}) = \sqrt{K_B\cdot c_0}\), dann \(\mathrm{pOH}\) und \(\mathrm{pH} = 14 - \mathrm{pOH}\).
- Taschenrechner:Casio fx-CG50: lg mit [log], \(10^x\) mit [SHIFT] [log]; TI-Nspire CX CAS: \(10^x\) mit [10x], lg mit [ctrl] [10x]; Vorzeichen jeweils mit [(−)].
Herleitung:
Schwache Säure: \(\mathrm{pH} = \tfrac12\,(\mathrm{p}K_S - \lg c_0)\)
Wähle einen Fall. Ziehe passende Bausteine in die Schritte (oder Baustein antippen bzw. Enter — er wandert in das nächste freie Feld) und drücke „Prüfen“. Ein Baustein im Feld kehrt per Klick oder Entf zurück.
Halte fest: Erst entscheiden, ob die Lösung stark oder schwach, sauer oder basisch ist — danach steht der Rechenweg fest, und das Minus vor dem lg gehört immer dazu.
Allgemeine Hinweise
Minus vor dem lg
Konzentrationen unter \(1\ \mathrm{mol/L}\) haben einen negativen Logarithmus — erst das Minus in \(\mathrm{pH} = -\lg c\) macht den pH-Wert positiv.
Plausibel?
Saure Lösungen haben pH \(< 7\), basische pH \(> 7\). Zehnfaches Verdünnen erhöht den pH einer starken Säure um genau 1.
Wurzel nur bei schwachen
\(c(\ce{H3O+}) = \sqrt{K_S\cdot c_0}\) setzt voraus, dass fast alle HA-Teilchen erhalten bleiben — für starke Säuren gilt einfach \(c(\ce{H3O+}) = c_0\).
