pH-Wert-Berechnung: Neutralwert und Einteilung

Der pH-Wert ist dimensionslos und ist der negative dekadische Logarithmus der Konzentration der Oxonium-Ionen:

$pH= -log_{10}(c(H_3O^+))$

Analog dazu ist das Gegenstück, der pOH-Wert definiert:

$pOH=-log_{10}(c(OH^-))$

Für beide gilt der Zusammenhang

$pH + pOH = 14$ .

Neutralwert und Einteilung

Durch Autoprotolyse ergibt sich das Ionenprodukt des Wassers $K_W=10^{-14}$ . Durch diese Grösse wird die Skala und der neutrale Wert des pH-Wertes bestimmt. Die pH-Werte von wässrigen Lösungen werden wie folgt definiert:

$pH<7$	$c(H_3O^+) > (OH^-)$	sauer
$pH = 7$	$c(H_3O^+) = (OH^-)$	neutral
$pH >7$	$c(H_3O^+) < (OH^-)$	basisch (alkalisch)

Berechnung

Für Basen kann der pH-Wert über den Zusammenhang $pH + pOH = 14$ berechnet werden.

Für sehr starke Säuren

Bei der Berechnung wird angenommen, dass starke Säuren vollständig deprotoniert vorliegen. Das gilt für Säuren mit einem pK_S < 1. Die Konzentration der Protonen resultiert aus der Konzentration der Säure in Lösung, beschrieben durch die Formel:

$pH= -log \,c(Säure)$

Für starke bis schwache Säuren

Mittelstarken und schwachen Säuren ( pK_S > 1) liegen nicht vollständig deprotoniert vor. Der pH-Wert wird durch diese Formel beschrieben:

$pH=\frac{1}{2} \cdot [pK_S(Säure)-log\,c_0(Säure)]$

pK_s-Werte

Säurestärke	pK_S	$Säure + H_2O \leftrightharpoons H_3O^+ + Base$		pK_B	Basenstärke
sehr stark	-6	HCl	Cl^-	20	sehr schwach
	-3	H₂SO₄	HSO₄^-	17
	-1.32	HNO₃	NO₃^-	15.32
stark	0	H₃O⁺	H₂O	14	schwach
stark	2.13	H₃PO₄	H₂PO₄^-	11.87	schwach
mittelstark	4.75	CH₃COOH	CH₃COO^-	9.25	mittelstark
	6.52	H₂CO₃	HCO₃^-	7.48
	7.20	H₂PO₄^2-	HPO₄^2-	6.80
schwach	9.25	NH₄⁺	NH₃	4.75	stark
	10.40	HCO₃^-	CO₃^2-	3.60
	12.36	HPO₄^2-	PO₄^3-	1.64
	14	H₂O	OH^-	0
sehr schwach	15.90	CH₃CH₂OH	CH₃CH₂O^-	-1.90	sehr stark