Biologie und Chemie für Schülerinnen und Schüler am Gymnasium

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Protonenübergänge – Säure-Base-Reaktionen

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8. Berechnung von pH-Werten wässriger Lösungen von Ampholyten

Das Wort amphoter stammt aus dem Griechischen (griech. Amphoteros = beiderlei, zwitterhaft). Ampholyte sind Teilchen, die sowohl als Säuren (Protonendonatoren) aber auch als Basen (Protonenakzeptoren) reagieren können.
Der Ampholyt HB- reagiert mit Wasser sowohl als Säure als auch als Base:

HB- + H2O H3O+ + B2-
HB- + H2O OH- + H2B

Hier gilt:
pH = ½ (14 + pKS - pKB)

Zum Beispiel reagieren Hydrogencarbonat-Ionen ampholytisch:

HCO3- + H2O H3O+ + CO32-

Hydrogencarbonat-Ionen reagieren hier als Säure. Sie sind Protonendonatoren.

HCO3- + H2O OH- + H2CO3

Hydrogencarbonat-Ionen reagieren hier als Base. Sie sind Protonenakzeptoren.

Nach der Gleichung zur Berechnung von pH-Werten von Ampholyten
pH = ½ (14 + pKS - pKB) erkennen wir, dass der pH-Wert einer Ampholytlösung also weitgehend unabhängig von der Konzentration des Ampholyten ist. Dies gilt aber nur für Lösungen der Konzentration = 0,1 mol/l!

In verdünnten Lösungen der Konzentration < 0,1 mol/l sind die Konzentrationen
c(H3O+) und c(OH-) nicht mehr vernachlässigbar.
Hier vergleicht man die pKS und pKB – Werte des Ampholyten und kann so herausfinden, ob seine wässrige Lösung sauer oder alkalisch ist. Dann wird der pH-Wert jeweils wie in Punkt 6Berechnung von pH-Werten wässriger Lösungen mittelstarker bis sehr schwacher Protolyte” beschrieben berechnet.

Es gelten folgende Regeln für Ampholytlösungen der Konzentration < 0,1 mol/l:

Ist pKS > pKB bzw. KS < KB dann reagiert die Lösung basisch (das basische Verhalten ist stärker ausgeprägt als das saure Verhalten).
Und ist pKS < pKB bzw. KS > KB dann reagiert die Lösung sauer (das saure Verhalten ist stärker ausgeprägt als das basische Verhalten) .

Beispiel 4:
Finden Sie heraus, ob eine Natriumhydrogencarbonatlösung sauer oder basisch reagiert. Berechnen Sie dann den pH-Wert einer Natriumhydrogencarbonatlösung mit der Konzentration

co = 0,05 mol/l.
Zunächst vergleichen wir die Werte wie folgt:
HCO3-:
pKS = 10,4 > pKB = 7,48
KS = 3,98·10-11 < KS = 3,31·10-8

Es ergibt sich: die Lösung regiert basisch.
Die Natrium-Ionen haben keinen Einfluss auf den pH-Wert der Lösung.

Berechnung:
gegeben:

pKB(HCO3) = 7,84
pOH = ½ (pKB - lg {co(B)})
pOH = ½ (7,84 - lg {0,05})
pOH = ½ (7,84 + 1,30)= 4,57
pH = 14 - 4,57
pH = 9,43

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Punkt 9. Übungsaufgaben zum Berechnen mit zugehörige Ergebnissen...