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Transkript pH-Wert von Salzlösungen – Einführung

Herzlich willkommen zum Thema pH-Werte von Salzlösungen. Es gibt Aufgaben, bei denen meist abgeschätzt werden muss, ob der pH-Wert einer Salzlösung sauer, basisch oder neutral ist. Und ich möchte in diesem Video einen möglichen Weg zur Lösung solcher Aufgaben angeben. Wir beginnen damit, indem wir uns noch einmal ins Gedächtnis rufen, was ein Salz eigentlich ist. Ein Salz besteht aus Kationen und Anionen. K, das sind die Kationen, K+ im einfachsten Fall und A, das sind die Anionen, A- im einfachsten Fall. Gut. pH-Werte, hier haben wir es mit Säuren und Basen zu tun. Säuren sind im Grunde nach Brönsted Anionen mit Protonen, also Säuren sind Protonendonatoren und Protonen sind positiv geladen. Demzufolge muss da noch irgendwo ein Anion dran hängen. Also ist eine Säure im Wesentlichen so aufgebaut: H+A-. Eine Base ist ein Protonenakzeptor und die Base besteht im Wesentlichen aus Kationen K+ und Hydroxidanionen OH-. Jetzt haben wir hier den Begriff Salzlösung und wir haben gesehen, dass ein Salz im Grunde aus den veränderbaren Komponenten der Säuren und Basen besteht. Also können wir sagen: Eine Salzlösung lässt sich im wesentliche als eine Zusammenstellung von einer Säure und einer Base auffassen. Also eine Salzlösung=Säure+Base. Wohlgemerkt wenn diese beiden in virolaren Mengen vorliegen. Wir beginnen jetzt einfach einmal damit, indem wir uns ein Beispiel anschauen. Nehmen wir ein konkretes Beispiel, nämlich Natriumchlorid, Kochsalz, der wohl einfachste Vertreter und wir schauen uns einmal an, welchen pH-Wert eine Kochsalzlösung hat. Also wir haben eine NaCl-Lösung. Lösung bedeutet, das Ganze ist in Wasser gelöst. Dann liegen die Ionen natürlich dissoziiert vor, ich möchte es der Übersicht halber hier aber zusammen lassen. Wir haben eben gesehen, dass sich eine Salzlösung als eine Zusammenstellung aus Säure und Base auffassen lässt. Das machen wir ganz einfach einmal. Das Ganze ist natürlich eine rein gedankliche Sache, aber es geht ja darum einen pH-Wert abzuschätzen, also brauchen wir irgend etwas, um das unserem Kopf klar zu machen. Wir haben hier Natriumkationen. Wir hatten eben schon gesehen, die Kationen hängen mit Hydroxidanionen zusammen. Also haben wir hier Natriumhydroxid als mögliche Base. Und dann bleibt nur noch das Chlorid-Anion übrig und hier vom Wasser bleibt noch ein Proton, ein Wasserstoffatom, also ein positiv geladenes Teilchen, übrig. Dann ergibt sich hier HCl, also Salzsäure. Wir können also im Grunde sagen: Eine Natriumchlorid-Lösung besteht rein formell aus Natriumhydroxid und HCl, also Salzsäure.  Jetzt geht es im Grunde einfach nur darum, dass wir abschätzen, welcher dieser Stoffe den stärkeren Effekt hat, also ist die Säure stärker oder ist die Base stärker. In diesem Fall ist es so, dass wir eine starke Base haben, d.h. die ist in Wasser vollständig dissoziiert, und wir haben eine starke Säure, bedeutet natürlich auch, dass das in Wasser vollständig dissoziiert ist. Also werden alle Wirkungen sich sozusagen gegenseitig abheben. Die Base wäre für den basischen pH-Wert verantwortlich, die Säure für den sauren pH-Wert. Letzten Endes resultiert aus dieser Kombination eine pH-neutrale Lösung. Also die Wirkung von NaOH und HCl hebt sich formal auf und daraus resultiert eben ein neutraler pH-Wert und neutral bedeutet immer 7. Also starke Base+starke Säure führt zum pH-Wert 7. Dann ist die Lösung neutral. Das wäre nun der einfachste Fall. Wir schauen uns noch mal ein weiteres Beispiel an, und zwar Ammoniumzyanid. Ammoniumzyanid ist ein wenig komplexer, aber auch nicht weiter wild. Ammoniumzyanid besteht aus einem Ammoniumkation und einem Cyanidanion. Also NH4CN in dem Fall. Wir laufen dasselbe Schema wieder durch. NH4CN+H2O-->NH4OH+HCN. Ammoniumzyanid in Wasser reagiert rein formell für den Kopf zu Ammoniumhydroxid, denn das Ammoniumion ist positiv geladen, also braucht es einen negativen Gegenspieler. Und wir haben HCN, das ist Blausäure. Gut, jetzt sieht dieses Ammoniumhydroxid hier vielleicht ein bisschen seltsam aus, vielleicht ein bisschen unbekannt, aber wir können uns das Ganze als ein Gleichgewicht aus NH3+H2O vorstellen. Also Ammoniumhydroxid steht im Gleichgewicht mit Ammoniak und Wasser. Ammoniak ist eine Base. Daran sieht man hier schön, dass Ammoniumhydroxid eine Base ist und Blausäure, wie der Name schon sagt, eine Säure. Hier kann es nun sein, und deswegen hatte ich dieses Beispiel auch genommen, dass man diese Stoffe nicht so ohne weiteres kennt. NaOH und HCl dürften bekannt sein. Bei diesen Stoffen könnte es unter Umständen anders ausschauen. Hier müssen wir den Weg gehen, dass wir die Stärke der Säure bzw. der Base über die Kb- oder pKb-Werte und die Stärke der Säure über die Ks- bzw. pKs-Werte abschätzen müssen und wir entscheiden dann nach diesen Kriterien, welcher Charakter nun eigentlich überwiegt. Also ist die Säure stärker oder ist die Base stärker. Gut, in diesem Fall möchte ich die Zahlenwerte einfach mal angeben. Wir haben für diese Seite Kb=1,8×10^-5 und wir haben für Blausäure Ks=4,0×10^-10. Wir sehen also hier, dass der basische Charakter überwiegt. Hier ist die Potenz ganz einfach ein bisschen kleiner, das bedeutet, dass das Gleichgewicht mehr auf der Seite der Produkte liegt und das bedeutet einfach, dass diese Base einfach stärker ist. Also wir betrachten im Grunde einfach nur, welcher Charakter stärker ist und das ist in diesem Fall aufgrund dieser -5 als Exponent, sozusagen das Ammoniumhydroxid. Als Resultat daraus: Wenn wir unbekannte Säuren und Basen haben, müssen wir die Kb- bzw. pKb- oder/und die Ks- und pKs-Werte betrachten und dann entscheiden wir, welcher Charakter überwiegt. Also wo der Exponent im Grunde kleiner ist, diese Faustregel kann man eigentlich so verwenden. Dieser Stoff wird dann letztendlich auch für den pH-Wert verantwortlich sein. Es geht hier jetzt mal gar nicht so darum, welchen pH-Wert die Lösung genau hat. Wir wissen hier in diesem Fall einfach nur, der basische Charakter überwiegt und das bedeutet für dieses konkrete Beispiel, dass die Lösung basisch sein wird, also pH>7. Hier kann man sicherlich auch noch viele Aufgaben dazu irgendwo rechnen, soll jetzt aber nicht innerhalb dieses Videos sein. Wir gehen einfach mal noch zum letzten Beispiel über und betrachten mal einen Stoff, von dem wir vielleicht überhaupt keine Ahnung haben und vielleicht auch gar keine Ks-,pKs- oder sonstige Werte gegeben haben. Also angenommen wir haben einen unbekannten Stoff und der soll in diesem Fall jetzt Aluminiumchlorid sein. Also unbekannt, weil wir keine Aussagen über saure oder basische Wirkung machen können. Wir haben in dem Fall also auch wieder die Möglichkeit uns das Ganze als eine Zusammenstellung von einer Säure und Base zu denken. Ist klar, ist die Grundvoraussetzung. Das Ganze wird in Wasser gegeben, nur da sind die pH-Werte interessant oder möglich, besser gesagt. Wir haben hier ein Aluminiumkation, das dreifach positiv geladen ist und wir haben drei einfach negativ geladene Chloridanionen. Daraus resultiert Aluminiumhydroxid, also Al(OH)3 und 3HCl. Um das Ganze zu komplettieren, müssen wir natürlich die 3 als stöchiometrischer Faktor vor das Wasser setzen. Dann ist diese Gleichung also komplett und hier geht es eigentlich nur darum, dass ich zeigen wollte, wie wir vorgehen, wenn wir nur einen dieser Stoffe kennen. Wenn wir über einen dieser Stoffe aber wissen, dass er einen starken Charakter im Grunde hat, und das ist hier der Fall wieder bei Salzsäure. Wir wissen, dass Salzsäure eine starke Säure ist und hier sehen wir, dass 3 Mol davon irgendwo existieren, ist jetzt weniger relevant. Wichtig ist, dass die Base das Aluminiumhydroxid ist. Aluminiumhydroxid ist eigentlich nicht so geläufig. Also relativ unbekannte Base+bekannte sehr starke Säure, da wird am Ende sehr wahrscheinlich eine saure Wirkung resultieren. Wenn wir so vorgehen, können wir sagen: Wir kennen eine sehr starke Komponente und eine weniger bekannte Komponente und da können wir uns unter Umständen immer darauf verlassen, dass die sehr starke Komponente auch die Ausschlaggebende ist. Also in diesem Fall ist der pH< 7, die Lösung ist sauer. In dem Fall ist das auch wirklich so. Es ging wirklich einfach nur darum zu zeigen, dass hier irgendwo Aluminiumhydroxid drinnen steht und man kann eventuell argumentieren: Wäre Aluminiumhydroxid so eine starke Base, dann hätte man sie vielleicht schon einmal irgendwo gesehen. Ist jetzt vielleicht nicht so ganz der feine Weg, es geht aber auch darum, Punkte zu sammeln. Das soll es an dieser Stelle auch gewesen sein und ich verabschiede mich. Tschüss.

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1 Kommentar
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    ich verstehe nicht, weshalb die Kb bzw. pKb für NH3 1.8*10^-5 gebraucht wird? in meiner Formelsammlung steht 4.8!
    Kann mir jemand da weiterhelfen?? Danke!

    Von Buli Can, vor mehr als 2 Jahren