15.7: Schwach saure Lösungen

Nur wenige Verbindungen wirken als starke Säuren. Eine weitaus größere Anzahl von Verbindungen verhält sich wie schwache Säuren und reagiert nur teilweise mit Wasser, so dass eine große Mehrheit der gelösten Moleküle in ihrer ursprünglichen Form verbleibt und eine relativ geringe Menge an Hydronium-Ionen entsteht. In der Natur sind schwache Säuren weit verbreitet, die für den würzigen Geschmack von Zitrusfrüchten, das stechende Gefühl von Insektenstichen und die unangenehmen Gerüche, die mit Körpergeruch verbunden sind, mitverantwortlich sind. Ein bekanntes Beispiel für eine schwache Säure ist Essigsäure, der Hauptbestandteil von Essig:

Die Verwendung eines Doppelpfeils in der obigen Gleichung kennzeichnet den partiellen Reaktionsaspekt dieses Prozesses. Wenn sie unter typischen Bedingungen in Wasser gelöst werden, liegen nur etwa 1% der Essigsäuremoleküle in der ionisierten Form, CH₃COO⁻, vor.

Berechnung der Hydronium-Ionen-Konzentrationen und des pH-Werts einer schwach sauren Lösung

Ameisensäure, HCO₂H, ist ein Reizstoff, der die Reaktion des Körpers auf einige Ameisenbisse und -stiche hervorruft. Wie hoch ist die Konzentration des Hydroniumions und der pH-Wert einer 0,534-M-Ameisensäurelösung?

Die ICE-Tabelle für dieses System ist

Setzt man die Gleichgewichtskonzentrationsterme in das K_ein, ergibt ein Ausdruck

Die relativ große Anfangskonzentration und die kleine Gleichgewichtskonstante erlauben die vereinfachende Annahme, dass x viel kleiner als 0,534 sein wird, und so wird die Gleichung

Das Lösen der Gleichung für x ergibt

Um die Annahme zu überprüfen, dass x im Vergleich zu 0,534 klein ist, kann seine relative Größe geschätzt werden:

Da x weniger als 5 % der Anfangskonzentration beträgt, ist die Annahme gültig. Wie in der ICE-Tabelle definiert, ist x gleich der Gleichgewichtskonzentration von Hydroniumionen:

Abschließend wird der pH-Wert so berechnet, dass er

Bestimmung von K_a aus dem pH-Wert

Der pH-Wert einer 0,0516 M Lösung von salpetriger Säure, HNO₂, beträgt 2,34. Was ist sein K_a?

Bei der angegebenen salpetrigen Säurekonzentration handelt es sich um eine formale Konzentration, die keine chemischen Gleichgewichte berücksichtigt, die in Lösung hergestellt werden können. Solche Konzentrationen werden als “Anfangswerte” für Gleichgewichtsberechnungen unter Verwendung des ICE-Tabellenansatzes behandelt. Beachten Sie, dass der Anfangswert des Hydroniumions als ungefähr Null angegeben ist, da aufgrund der Autoionisation von Wasser eine geringe Konzentration von H₃O⁺ (1 × ^10-7 M) vorhanden ist. In vielen Fällen ist diese Konzentration viel geringer als diejenige, die durch die Ionisation der betreffenden Säure (oder Base) erzeugt wird, und kann vernachlässigt werden.

Der angegebene pH-Wert ist ein logarithmisches Maß für die Hydroniumionenkonzentration, die sich aus der sauren Ionisation der salpetrigen Säure ergibt, und stellt daher einen “Gleichgewichtswert” für die ICE-Tabelle dar:

Die ICE-Tabelle für dieses System wird dann

Berechnen Sie abschließend den Wert der Gleichgewichtskonstante anhand der Daten in der Tabelle:

Dieser Text ist eine Adaption von Openstax, Chemie 2e, Abschnitt 4.2: Klassifizierung chemischer Reaktionen und Openstax, Chemie 2e,14.3 Relative Stärken von Säuren und Basen.