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12.2 pH-Wert wässriger Lösungen starker und schwacher Säuren und Basen

Link-Ebene

Überlegungen zur Umsetzung des Lehrplans

Grundlagen in den Lehrplänen der Jgst. 8-12

  • CNTG 9.2 bzw. C 9.4 Quantitative Aspekte chemischer Reaktionen
  • CNTG 9.4 bzw. C 10.2 Protonenübergänge: Stoffmengenkonzentration
  • C 11.6 Aminosäuren und Proteine: isoelektrischer Punkt

Vorschläge zu Inhalten und Niveau

  • Herleiten der Näherungsformeln:
    Gedankenschritte:
    1. Schritt: Eine bestimmte Menge einer Säure wird in Wasser gegeben -> molare Anfangskonzentration c0(HA) der Säure; kein Molekül liegt in dissoziierter Form vor.
    2. Schritt: Säure protolysiert (teilweise), weil sich ein Gleichgewicht einstellt.
      Die Konzentrationen c0(HA) sinkt um x mol/l: cGG(HA) = c0(HA) - x mol/l.
    Diskussion der „Größe“ von x bei starken und schwachen Säuren bzw. Basen:
    Bei starken und schwachen Säuren bzw. Basen ist eine Vereinfachung mithilfe einer Näherung möglich.
    Wässrige Lösungen starker Säuren:

    Aufgrund der fast vollständigen Protolyse gilt: c0 (HX) ~ cGG(H3O+)

    pH = -lg cGG(H3O+) = -lg c0(HX)

     

    Wässrige Lösungen schwacher Säuren:

    KS = cGG(H3O+) cGG(X-) / cGG(HX) 

    KS = cGG(H3O+)2 / (c0(HX) - cGG(H3O+))

     

    Näherung:

    Aufgrund der sehr geringen Protolsye gilt: c0(HX) - cGG(H3O+) ~ c0(HX)

    Zudem kann die Autoprotolyse des Wassers unberücksichtigt bleiben.

      KS = cGG(H3O+)2 / c0(HX)  →  cGG(H3O+) = √(KS c0(HX))    pH = 1/2(pKS - lgc0(HX))

     

    Überprüfung:

    z. B.: Essigsäure mit c = 1 mol/l: c(H3O+)Näherung = 4,24 10-3 mol/l;  c(H3O+)exakt = 4,23 10-3 mol/l

     Die Näherungsformel ist zulässig. 

     

  • Berechnungen ausgehend von verschiedenen Ausgangswerten:
    z. B.
    - Berechnung des pH-Wertes, wenn die Konzentration einer starken Säure/Base gegeben ist,
    - Berechnung der Konzentration einer Säure/Base aus dem pH-Wert,
    - Berechnung des pKS/pKB-Wertes aus dem pH-Wert.

  • Berechnungen bei mittelstarken Säuren und Basen sind gemäß Lehrplan nicht erforderlich.
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