Verdünnung Ampholyte pH-Wert < Chemie < Naturwiss. < Vorhilfe
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 13:17 Mo 22.12.2008 | | Autor: | alexbro |
| Aufgabe | | Messen Sie den pH-Wert einer NaH2PO4-Lösung (c=0,1 mol/l)! Verdünnen Sie 20 ml dieser Lösung mit dest. Wasser auf 100 ml! Messen Sie erneut den pH-Wert! Vergleichen und Diskutieren Sie die Ergebnisse!Berechnen Sie die pH-Werte nach der Ampholyten-Gleichung! Vergleichen Sie mit dem Rechenergebnis, das man erhält, wenn NaH2PO4 als SALZ einer schwachen Säure und einer starken Base angenommen wird! |
Hi...
als vorbildlicher Chemie-Laborant habe ich die pH-Werte gemessen und für die unverdünnte Lösung einen pH von 4,5 und für die verdünnte 4,6 ermittelt. Warum hat die verdünnte Lösung des Ampholyts einen höheren pH-Wert?
Beim Verdünnen der Lösung ändert sich doch die Konzentration, oder? Also sie müsste kleiner werden?
Ich habe schon in diverser Literatur versucht etwas darüber zu finden, aber niergends stand entwas. Über eine brauchbare Antwort wäre ich sehr dankbar^^
Ich habe diese Frage in keinem Forum auf anderen Internetseiten gestellt.
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 15:44 Mo 22.12.2008 | | Autor: | alexbro |
hi loddar...und erstmal vielen dank für die antwort!
das mit der niedrigeren konzentration habe ich jetzt verstanden. also wenn die konzentration beim verdünnen niedriger wird, steigt automatisch der pH-Wert. ist klar...
nur wenn ich mir die reaktionsgleichung so ansehe, bin ich wieder verwirrt! wenn ich nun wasser dazu gebe, müsste sie eine verstärkte Hinreaktion (zur rechten Seite hin) einstellen, was bedeutet, dass immer mehr H3O+ entstehen, was wiederum bedeutet, dass der pH-Wert niedriger werden müsste. aber er wird ja beim verdünnen höher!?!?!?
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 15:52 Mo 22.12.2008 | | Autor: | Loddar |
Hallo Alex!
Die Verschiebung des Gleichgewichtes hast Du richtig erkannt.
Also scheint sich in diesem speziellen Falle der Effekt von Erhöhung (infolge Verdünnung) und Erniedrigung (infolge Gleichgewichtsverschiebung) des pH-Wertes gerade ungefähr aufzuheben.
Gruß
Loddar
PS: Hinzu kommt hier noch der Hinweis gemäß Zwerglein's Antwort.
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Hi, alexbro,
Bei einer schwachen Säure ist zur Ermittlung des pH-Wertes auch der sog. Ks-Wert zu berücksichtigen.
Für eine solche Säure gilt dann näherungsweise:
pH = 0,5*(pKs - lg(c(HA)), wobei c(HA) die Konz. der schwachen Säure ist.
(In den entsprechenden Büchern oder Internet-Quellen findest Du die Herleitung dieser Formel; mir ist das jetzt zu aufwändig!)
mfG!
Zwerglein
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 15:53 Mo 22.12.2008 | | Autor: | alexbro |
vielen dank für die antwort, aber es handelt sich ja nicht um eine säure, sondern um ein salz, welches aus einer schwachen säure und einer starken base besteht und als ampholyt reagiert.
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 15:58 Mo 22.12.2008 | | Autor: | Loddar |
Hallo Alex!
Beim Lösen in Wasser tummeln sich doch nunmehr (u.a.) [mm] $\text{H}_2\text{PO}_4^-$-Ionen [/mm] im Wasser, welche als (schwache) Säure wirken.
Die [mm] $\text{Na}^+$-Ionen [/mm] sind da unbeteiligt.
Gruß
Loddar
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 16:13 Mo 22.12.2008 | | Autor: | Zwerglein |
Hi, alexbro,
> vielen dank für die antwort, aber es handelt sich ja nicht
> um eine säure, sondern um ein salz, welches aus einer
> schwachen säure und einer starken base besteht und als
> ampholyt reagiert.
Wie Loddar Dir schon gesagt hat, handelt es sich bei diesem SALZ sehr wohl um eine SÄURE, noch dazu um eine SCHWACHE, sodass meine oben aufgeschriebene Formel angewandt werden kann.
Ach ja: Laut meiner pKs-Tabelle beträgt der pKs-Wert von Dihydrogenphosphat 7,2. Berechne doch mal, wie groß der pH-Wert sein müsste!
Aber vielleicht nochmals "ein Schritt zurück", nämlich zum hier vorliegenden Gleichgewicht
[mm] H_{2}PO_{4}^{-} [/mm] + [mm] H_{2}O [/mm] <=> [mm] HPO_{4}^{2-} [/mm] + [mm] H_{3}O^{+}
[/mm]
Beim MWG und somit auch bei der Säurekonstante Ks geht es ja NICHT um absolute Stoffmengen, sondern um die KONZENTRATION der Stoffe.
Gibt man nun Wasser zu (also: verdünnt man die Lösung), so ändert sich dessen Konzentration praktisch nicht [mm] (c(H_{2}O) [/mm] = [mm] 55,\overline{5} [/mm] mol/l ist gegenüber den anderen Konzentrationen so groß, dass man es als praktisch konstant ansehen kann; es wird daher ja auch in die Konstante Ks mit hineingezogen).
Dagegen aber wird die Konzentration von Dihydrogenphospat kleiner (Verdünnungseffekt!), sodass nach dem Prinzip von LeCatelier dieser Stoff so lange "nachgebildet" wird, bis der ursprüngliche Wert der Konstanten Ks wieder erreicht ist.
mfG!
Zwerglein
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Hallo Alexbro,
Der [mm] pK_{S1} [/mm] von Phosphorsäure ist 2,1.
Der [mm] pK_{S2} [/mm] von Dihydrogenphosphat ist 7,2.
Folgende beide Reaktionen sind möglich:
[mm] $H_{2}PO_{4}^{-}+H_{2}O \rightleftharpoons H_{3}PO_4 [/mm] + [mm] OH^{-}$
[/mm]
[mm] $H_{2}PO_{4}^{-}+H_{2}O \rightleftharpoons HPO_4^{2-} [/mm] + [mm] H_{3}O^{+}$
[/mm]
Also ist nach der Näherungsformel für Ampholyte dein pH:
[mm] $pH=\bruch{pK_{S1}+pK_{S2}}{2} [/mm] = [mm] \bruch{2,1+7,2}{2}=4,65$
[/mm]
Dieser Näherungswert ist konzentrationsunabhängig (was mir gefühlsmäßig etwas gegen den Strich geht).
Damit sind die beiden von dir gemessenen pH-Werte im Rahmen der Meßgenauigkeit von so einem pH-Meter schon erstaunlich richtig, nämlich einmal der rechnerische Näherungswert auf eine Nachkommastelle aufgerundet, einmal abgerundet (vorbildlicher Laborant!).
Würdest Du das Dihydrogenphosphat nur als schwache Säure berechnen, bekämst Du einen pH von 4,1 und das wäre zu sauer.
LG, Martinius
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 21:39 Mo 22.12.2008 | | Autor: | alexbro |
Hi Martinius...
auch dir danke ich für deine antwort!^^
und ich verstehe sie sogar!...
ich hab auch noch so eine Ampholytgleichung gefunden, bei der man die Konzentrationen mit beachten muss. da komme ich bei der unverdünnten Lösung auf 4,54 und bei der verdünnten auf 4,64. (zum vergleich die gemessenen: unverdünnt = 4,5..verdünnt=4,6)
also ich denke, dass das nun richtig sein wird?!^^
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 16:42 Di 23.12.2008 | | Autor: | Martinius |
Hallo Alexbro,
wenn es dir nicht zuviel Mühe machte, könntest Du vielleicht deine konzentrationsabhängige Ampholytgleichung einmal hier ins Forum hinein schreiben - sie würde mich interessieren.
Vielen Dank im voraus,
Martinius
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 17:41 Di 23.12.2008 | | Autor: | alexbro |
aber klar doch:
[mm] a(H^{+})= \wurzel{\bruch{Kw*(Kw+Ks*a)}{Kw+Kb*a}}
[/mm]
ich hoffe mal, die formel ist erkennbar...hab das noch nie gemacht...
a steht für die aktivität, kann aber gleichgesetzt werden mit der konzentration c!
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 19:11 Di 23.12.2008 | | Autor: | Martinius |
Hallo Alexbro,
> aber klar doch:
> [mm]a(H^{+})= \wurzel{\bruch{Kw*(Kw+Ks*a)}{Kw+Kb*a}}[/mm]
>
> ich hoffe mal, die formel ist erkennbar...hab das noch nie
> gemacht...
> a steht für die aktivität, kann aber gleichgesetzt werden
> mit der konzentration c!
Vielen Dank für das Eintippen!
Ich habe es versuchsweise einmal gerechnet für das Dihydrogenphosphat, mit folgenden Werten:
[mm] $K_W [/mm] = [mm] 10^{-14}mol^2/l^2$
[/mm]
[mm] $K_S [/mm] = [mm] 10^{-7,2}mol/l$
[/mm]
[mm] $K_B [/mm] = [mm] 10^{-6,8}mol/l$
[/mm]
[mm] $a_1\approx c_1 [/mm] = 0,1 mol/l$
[mm] $a_2\approx c_2 [/mm] = 0,02 mol/l$
Es ist beruhigend, dass dieser Term [mm] \lim_{a \to 0}pH=7 [/mm] ist - anders als bei der Näherungsformel.
Wenn ich diese Werte in die Formel
[mm]pH= -lg\wurzel{\bruch{K_W*(K_W+K_S*a)}{K_W+K_B*a}}[/mm]
einsetze, bekomme ich für beide Konzentrationen immer den pH von 7,2 heraus. Habe ich mich verrechnet oder ist da vielleicht ein Tippfehler in der Gleichung - oder bei meinen angenommenen Werten?
LG, Martinius
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 22:07 Di 23.12.2008 | | Autor: | Martinius |
Hallo Alexbro,
ich habe eben noch einmal die Näherungsformel mit deiner exakten verglichen und bin dann darauf gekommen, wie sie evtl. heißen könnte:
$pH = -lg [mm] \wurzel{\bruch{K_W*(K_W+K_{S1}*c)}{K_W+K_{B2}*c}}$
[/mm]
Kannst Du das bestätigen?
Am Bsp. des Dihydrogenphosphats:
[mm] H_{3}PO_4 [/mm] ; [mm] pK_{S1}=2,1 [/mm] ; [mm] K_{S1}=10^{-2,1}
[/mm]
[mm] H_{2}PO_{4}^{-} [/mm] ; [mm] pK_{S2}=7,2 [/mm]
[mm] pK_{B2}=6,8 [/mm] ; [mm] K_{B2}=10^{-6,8}
[/mm]
$pH = -lg [mm] \wurzel{\bruch{10^{-14}mol^2/l^2*(10^{-14}mol^2/l^2+10^{-2,1}mol/l*c)}{10^{-14}mol^2/l^2+10^{-6,8}mol/l*c}}$
[/mm]
Wenn ich da nun die von dir gegebenen Konzentrationen einsetze, erhalte ich:
[mm] c_1=0,1mol/l [/mm] ; pH=4,65000014
[mm] c_1=0,02mol/l [/mm] ; pH=4,6500007
Falls ich mich nicht verrechnet habe, kann man da bis zu Konzentrationen von 1 Mikromol getrost die Näherungsformel verwenden.
Bei einer Konzentration von einem Nanomol gibt es da erst eine pH-Wert Abweichung vom Näherungswert um ca. 0,9 nach oben.
LG, Martinius
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 18:03 Fr 09.01.2009 | | Autor: | alexbro |
ja also die formel ist schon richtig so, nur ich dachte, dass man den Ks und den Kb wert von dem DihydrogenphosphatIon einsetzen muss!? Dann kommen nicht mehr die selben Ergebnisse raus, sondern 4,67 für die unverdünnte und 4, 74 für die verdünnte Lösung?
was stimmt jetzt?
grüße
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Hallo Alexbro,
> ja also die formel ist schon richtig so, nur ich dachte,
> dass man den Ks und den Kb wert von dem
> DihydrogenphosphatIon einsetzen muss!? Dann kommen nicht
> mehr die selben Ergebnisse raus, sondern 4,67 für die
> unverdünnte und 4, 74 für die verdünnte Lösung?
> was stimmt jetzt?
> grüße
Deiner Antwort entnehme ich, dass in deiner Quelle keine Zahlen-Indices bei [mm] K_S- [/mm] bzw. [mm] K_B-Werten [/mm] dabei standen.
Wenn wir von deiner Annahme ausgehen, also die [mm] K_S [/mm] und [mm] K_B-Werte [/mm] des Dihydrogenphosphats in die Formel nehmen, dann kann man folgende Näherung machen:
$pH = [mm] -lg\wurzel{\bruch{K_W*(K_W+K_{S2}*c)}{K_W+K_{B2}*c}}$
[/mm]
Annahme: die Konzentrationen liegen in einem solchen Bereich, dass
[mm] $K_W [/mm] << [mm] K_{S1}*c$ [/mm] und
[mm] $K_W<
Dann kann man schreiben
$pH [mm] \approx -lg\wurzel{\bruch{K_W*(K_{S2}*c)}{K_{B2}*c}}$
[/mm]
$pH [mm] \approx -lg\wurzel{\bruch{K_{S2}*(K_{S2}*c)}{c}}$
[/mm]
$pH [mm] \approx \bruch{pK_{S2}+pK_{S2}}{2}$
[/mm]
, was ja nicht der Näherungsformel entspricht.
Ich hatte ja auch erst diesen Zusammenhang angenommen, bekam aber falsche Zahlen heraus.
Richtig müsste es so sein:
$pH = [mm] -lg\wurzel{\bruch{K_W*(K_W+K_{S1}*c)}{K_W+K_{B2}*c}}$
[/mm]
Annahme: die Konzentrationen liegen in einem solchen Bereich, dass
[mm] $K_W [/mm] << [mm] K_{S1}*c$ [/mm] und
[mm] $K_W [/mm] << [mm] K_{B2}*c$
[/mm]
Dann kann man schreiben
$pH [mm] \approx -lg\wurzel{\bruch{K_W*(K_{S1}*c)}{K_{B2}*c}}$
[/mm]
$pH [mm] \approx -lg\wurzel{\bruch{K_{S2}*(K_{S1}*c)}{c}}$
[/mm]
$pH [mm] \approx \bruch{pK_{S1}+pK_{S2}}{2}$
[/mm]
Diese Formel liefert die richtigen Ergebnisse; auch so, dass der kleineren Konzentration der höhere pH-Wert zugeordnet wird (siehe Rechnung im früheren Post).
Die Formel
$pH = [mm] -lg\wurzel{\bruch{K_W*(K_W+K_{S2}*c)}{K_W+K_{B1}*c}}$
[/mm]
liefert den gleichen Näherungswert, aber abweichende pH-Werte, und zwar für die niedrigere Konzentration den tieferen pH-Wert, was nicht sein kann.
Der Index 1 bzgl. Säuren bezieht sich auf Orthophosphorsäure, der Index 2 auf Dihydrogenphosphat, der Index 3 auf Monohydrogenphosphat.
LG, Martinius
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![[willkommenvh]](/images/smileys/willkommenvh.png "[willkommenvh]")
!!
![[]](/images/popup.gif){kind=small}
ph-Wertes