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Ionenprodukt des Wassers

Reines destilliertes Wasser enthält keine fremden Ionen, leitet aber trotzdem schwach den elektrischen Strom. Es müssen also Ladungsträger vorhanden sein. Als Ladungsträger in Wasser kommen nur Ionen in Frage. Diese Ionen entstehen durch Autoprotolyse - darunter versteht man die Reaktion von 2 Wassermolekülen zu einem Hydroniumion und einem Hydroxidion.

2 H 2 O ⇌ H 3 O + + OH -


Bei einer Temperatur von 25°C betragen die Konzentrationen der Ionen im Gleichgewicht jeweils 1 ⋅ 10 7 mol l .

Für die Gleichgewichtskonstante der Autoprotolyse gilt:

K c = [ H 3 O + ] ⋅ [ OH - ] [ H 2 O ] 2

Weil die Konzentration des Wassers praktisch unverändert ist, kann die Konzentration von Wasser in die Gleichgewichtskonstante eingerechnet werden:

K c ⋅ [ H 2 O ] 2 = [ H 3 O + ] ⋅ [ OH - ]

Diese Gleichung enthält rechts das Produkt der Ionenkonzentrationen im Gleichgewichtszustand und wird deshalb Ionenprodukt des Wassers genannt. Die linke Seite enthält nur Konstanten und wird zusammengefasst zu KW:

K W = [ H 3 O + ] ⋅ [ OH - ] = 1 ⋅ 10 -7 mol l ⋅ 1 ⋅ 10 -7 mol l = 1 ⋅ 10 -14 mol l 2

Weil diese Zahlenwerte immer sehr klein sind, wird aus praktischen Gründen der pKW-Wert verwendet:

pK W = − lg K W = 14

Außerdem lässt sich der pKW-Wert auch direkt folgendermaßen berechnen:

pH + pOH = pK W = 14 . Siehe dazu die Definitionen unten.

pH-Wert

Definition pH-Wert:
Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der Konzentration der Hydronium-Ionen.

pH = − lg [ H + ]

Er zeigt an wie basisch oder sauer eine Wässrige Lösung ist. Die Werte laufen von 0-14.
Hinweis: Die Konzentration muss vor dem Logarithmieren durch mol/l dividiert werden, da das Argument des Logarithmus keine Einheit besitzen darf.

Analog dazu lässt sich auch der pOH-Wert angeben:

pOH = − lg [ OH - ]

Einfache Berechnung des pH-Werts :
Um den pH-Wert einer Lösung berechnen zu können, muss man von der Konzentration der Hydronium-Ionen ausgehen:

Als Beispiel sei hier die Konzentration einer neutralen Lösung gegeben:

[ H + ] = 1 ⋅ 10 7 mol l .

Anschließend bildet man den dekadischen Logarithmus (auf den meisten Taschenrechnern ist das dir log-Taste):

lg ( 1 ⋅ 10 − 7 ) = − 7 .

Im letzten Schritt multipliziert man die Gleichung mit (-1):

− lg ( 1 ⋅ 10 − 7 ) = 7 .


Der ph-Wert einer neutralen Lösung ist also 7.

Erstellt von P.G. mit Ergänzungen durch Herrn Ecker 18.5.2013.

Ein aufwändige Berechnung fehlt hier noch!

Indikatoren

Geräte und Chemikalien:
Reagenzgläser, Reagenzglasständer, NaOH-Lösung 0,1 molar, HCl-Lösung 0,1 molar,
Indikatoren von links nach rechts (siehe Abbildung 1):
Universalindikator, Methylrot, Methylorange, Bromthymolblau, Methylenblau und Phenolphthalein


Abbildung 1: Foto der Indikatoren in der verwendeten Reihenfolge

Versuchsdurchführung:
Die beiden Lösungen werden jeweils in 6 Reagenzgläser (siehe Abbildung 2) gegeben und einige Tropfen Indikator dazu gegeben. Die Reihenfolge der Reagenzgläser und der Indikatoren stimmen überein.

Versuchsbeobachtungen:


Abbildung 2: Foto der Lösungen. Anordnung wie bei den Indikatoren.
Obere Reihe NaOH-Lösung, untere Reihe HCl-Lösung.


Hier muss eine Tabelle mit den ganzen Farben hin!

Versuchsauswertung:
Hier müssen die Anwendungsmöglichkeiten der Indikatoren hin!



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