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pH-Wert Schwefelsäure
 
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Zoe
Gast





BeitragVerfasst am: 31. Jul 2012 15:02    Titel: pH-Wert Schwefelsäure Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hallo liebe Community,

ich würde gerne wissen, wie man den pH-Wert einer Schwefelsäure-Lösung berechnet? Für mich ist hierbei problematisch, dass die erste Protolyse sehr stark ist, die zweite jedoch nur noch stark (Einteilung nach: http://de.wikipedia.org/wiki/PH-Wert#Berechnung_des_pH-Wertes ).

Wie lässt sich hieraus der pH-Wert berechnen?

Meine Ideen:
Nehmen wir das Beispiel einer 0,1 molaren Lösung (1L). Theoretisch kann ich ja schonmal mit Sicherheit sagen, dass sich mindestens 0,1 mol Protonen in der Lösung befinden, maximal 0,2 mol. Ich denke jedoch nicht, dass ich einfach die 0,1 mol des ersten Protolyseschritts nehmen kann und den des zweiten nach irgendeiner Formel berechnen kann, da sich die beiden ja beeinflussen.

Ich bitte um Hilfe!

Lg, Zoe
Indikatorpapier
Gast





BeitragVerfasst am: 31. Jul 2012 23:09    Titel: Antworten mit Zitat

würde mich auch interessieren!
magician4
Administrator


Anmeldungsdatum: 05.10.2009
Beiträge: 11677
Wohnort: Hamburg

BeitragVerfasst am: 01. Aug 2012 04:51    Titel: Antworten mit Zitat

der pH wert von schwefelsaeureloesungen .... immerwieder ein heisses thema...

aaaaaaaaalso, es gibt dort fuer annehmbar verduennte loesungen ( also z.b. 0.1 mol und weniger.... jedoch nicht zu wenig, denn sonst kollidiert man mit dem ionenprodukt des wassers, und das macht die exakte rechnerei dann wieder haarig: also sagen wir mal zwischen 0.1 molar und 0.00001 molar, da passts) eine reihe von naeherungsverfahren, die sich u,a. auch danach unterscheiden, wo man grad am lernen ist

auf schulniveau (ausschliesslich LK): ist schwefelsaeure in beiden stufen stark: [H+] = 2 c0(H2SO4)
...daraus dann den negativen dekadischen logarithms fuer den pH, und feddisch

fuer gehobenere anspruche geht man davon aus, dass schwefelsaeure in der ersten stufe derart stark ist, dass diese in jedem falle vollstaendig dissoziiert ist. somit ergibt sich eine erste "portion" an [H+] im wert von c0(H2SO4)
gegen diese "vorbelastung" muss sich nun die 2. stufe MWG maessig "durchsetzen". man formuliert:



von hier aus kann man nun mit folgenden naeherungen, welche um so besser erfuellt sind je naeher man an
0.1 mol / l liegt, vereinfachen:


1. die 2. stufe wird an protonen praktisch nur derart wenig beitragen, dass man gut-naeherungsweise setzen kann:
[H+]gesamt = [H+]alt + [H+]neu [H+]alt

2. die HSO4- werden durch die weitere sulfatbildung nur derartig wenig gemindert (selbe argumentatiion wie oben) , dass ich gut -naeherungsweise setzen kann:
[HSO4-] c0(H2SO4)
(denn dies ist ausschliessliche quelle des hydrogensulfats, und soll durch vollstaendige dissoziation der schwefelsaeure ja auch so gelten)

3. wie oben gesetzt: [H+]alt = c0(H2SO4)

pflege ich all dies ein, so komme ich zu:


nun ist aber [SO42-] ja just gleich [H+]neu , und wie soeben gezeigt ist [SO42-] ~ gleich KSII
ausserdem, zur erinnerung: [H+]alt war gleich c0(H2SO4).
pflege ich dies in den bereits benutzten zusammenhang [H+]gesamt = [H+]alt + [H+]neu ein, so steht da:



dies ist die in laboratorien meist benutzte formel zur berechnung des pH nicht zu verduennter, waessriger schwefelsaeure

leute mit noch hoeheren anspruechen setzen die arbeit an dem oben eingefuehrten naeherungsausdruck fuer KSII wie folgt fort:









wiederum unter benutzung des naeherungszusammenhangs [H+]gesamt = [H+]alt + [H+]neu folgt hieraus sodann schlussendlich:



... und wahre feingeister schlussendlich geben sich mit nichts geringerem als der aufstellung einer ionenbilanzgleichung zufrieden, und formulieren ansatzweise:



...was nach laenglicher berechnung und dem knacken einiger kubischer terme (wenn ichs recht erinnere) dann auch zu ner loesung fuehrt, und zwar fuer bis nahezu unendlich verduennte schwefelsaeuren, und das ziemlich exakt

.. aber so genau braucht man es eigentlich nimmer wirklich, und deshalb spar ich mir jetzt auch den megaaufriss euch das hier vorzurechnen


so, wissensdurst ein wenig gestillt?


gruss

ingo

_________________
ein monat im labor erspart einem doch glatt ne viertel stunde in der bibliothek!


Zuletzt bearbeitet von magician4 am 01. Aug 2012 20:59, insgesamt einmal bearbeitet
Zoe
Gast





BeitragVerfasst am: 01. Aug 2012 09:33    Titel: Antworten mit Zitat

Zunächst einmal danke für die zügige Antwort.
Es kommen aber schon deutlich andere Werte bei raus, als wenn man mit der Vereinfachung "beide Protolyseschritte sind stark" rechnet! Erhalte mit "gehobene Ansprüche" und "noch höhere Ansprüche" jeweils Werte von ca. 0,11 Mol/L. Dies unterscheidet sich ja schon gewaltig von der Vereinfachung c(H+) = 0,2 Mol/L...

Wird diese trotzdem noch angewandt?

Zoe
magician4
Administrator


Anmeldungsdatum: 05.10.2009
Beiträge: 11677
Wohnort: Hamburg

BeitragVerfasst am: 01. Aug 2012 10:44    Titel: Antworten mit Zitat

nunja, die frage ist halt, wofuer du dich schlussendlich interessierst, und wie genau du einen pH wert zu diesem zwecke tatsaechlich, in der praxis brauchst

auch wenn es in der schule aus fuer mich immer weniger nachvollziehbaren gruenden (grad so als gaebs nix interessanteres in der chemie als ausgerechnet pH-werte) nach wie vor so praesentiert wird als sei dieses thema nun der nabel der welt: exakte absolute pH werte reiner saeuren, und das auch noch auf 2 nachkommastellen genau, sind in der chemischen praxis eigentlich komplett uninteressant.

dies gilt auch fuer angrenzende wissenschaften (physik, biologie, medizin...: selbst unser metabolismus kann da einiges an "bandbreite" wegstecken, und biochemie gehoert nun wirklich zu dem pH-empfindlichsten was die welt so zu bieten hat) - ausnehmlich natuerlich solcher pseudowissenschaftlichen apokalyptiker wie den "klimaforschern" (die haben in ihren modellen grad irgendwelche pH-aenderungen in der 14. nachkommastelle als neuen weltbedrohenden trend "versaeuerung der weltmeere" entdeckt und versuchen damit stimmung und kohle zu generieren)

aber ich schweife grad etwas ab...
mithin: obwohl man die kiddies mit sowas sinnlos quaelt und ihnen den spass an naturwissenschaft damit gruendlich vergaellt, ist der exakte absolute pH einer reinen saeure eigentlich normalerweise eher irrelevant.

spannend - so koennte man meinen - wirds dann wieder bei puffern und analytischen titrationen . nur: genau in diesen systemen gehts dann wiederum auch nicht mehr um den pH der reinen saeure als solcher, sondern um puffereigenschaften (sulfat/hydrogensulfatpuffer) oder absolute saeurekapazitaet (also vollstaendige neutralisation): das sind dann jedoch wieder voellig andere oberthemen, und die berechnung eines puffer-pH nach henderson-hasselbalch hat ja mit den oben von mir gebrachten sachen nun wirklich nix mehr zu tun.

last not least: was bedeutet es denn eigentlich schon, sich in der [H+] konzentration um ~ den faktor 2 "verhauen " zu haben, also sagen wir mal mit 0.2 statt mit 0.11 mol/l protonen da aus ner 0.1 molaren schwefelsaeure rumzuhantieren:
pH(0.2) = ~ 0.70 ; pH(0.11) ~ 0.96
das ist ein unterschied von pH=0.26 (und dies ist schon der extremfall: bei kleineren konzentrationen wird die differenz geringer, die ausdruecke konvergieren ja zunaechst gegen zweiprotonigkeit bei hoeheren verduennungen), und liegt somit knapp vor dem effekt der pH aenderung (i.e dem unterschied) die du provozierst, wenn du statt in frischem gebirgsbachwasser in ner richtig heissen badewanne liegst (der pH des wassers ist temperaturabhaengig, und nimmt mit steigender temperatur zu), und auch deine biochemie kann sowas noch tolerieren: da denaturiert dir noch kein enzym bei, da gehen dir keine michaelis-menthenkonstante bei kopheista und verursacht den amoklauf ganzer biochemischer kaskaden.


... und da das alles eben im tatsaechlichen so angenehm irrelevant ist, daher ueberschlaegt man die dinge eben dochmal auf dich schnelle + im kopf gerne nochmal mit [H+] ~ 2 c0 , und wers wirklich genauer braucht kennt i.d.r. auch die fuer seine zwecke hinreichende formel, und kann die dann genauso sicher und reflexhaft heranziehen.
das sind auf der welt jedoch bestenfalls ne handvoll leute auf die das zutrifft dass die sowas tatsaechlich benoetigen, sowie millionen von lehreren, und viele millionen bedauernswerter schueler.
letztere eher allerdings meist unfreiwillig.


gruss

ingo

_________________
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Zuletzt bearbeitet von magician4 am 01. Aug 2012 20:49, insgesamt einmal bearbeitet
Zoe
Gast





BeitragVerfasst am: 01. Aug 2012 15:05    Titel: Antworten mit Zitat

Du verdienst einen Orden! Vielen Dank smile

Alles Liebe
H2okopf
Gast





BeitragVerfasst am: 05. Aug 2012 10:33    Titel: Antworten mit Zitat

was meint ihr? reicht für die chemieolympiade-runde 1 die variante "für gehobenere ansprüche"??

nette grüße Wink
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