15.9: Mischungen von Säuren

Der pH-Wert einer Lösung, die eine Säure enthält, kann anhand ihrer Säuredissoziationskonstante und ihrer Anfangskonzentration bestimmt werden. Enthält eine Lösung zwei verschiedene Säuren, so kann ihr pH-Wert in Abhängigkeit von der relativen Stärke der Säuren und ihren Dissoziationskonstanten mit einer von mehreren Methoden bestimmt werden.

Ein Gemisch aus einer starken Säure und einer schwachen Säure

In einem Gemisch aus einer starken Säure und einer schwachen Säure dissoziiert die starke Säure vollständig und wird zur Quelle fast aller in der Lösung vorhandenen Hydroniumionen. Im Gegensatz dazu zeigt die schwache Säure eine partielle Dissoziation und erzeugt eine vernachlässigbare Konzentration an Hydroniumionen. Die hohe Konzentration an Hydroniumionen, die von der starken Säure produziert werden, verringert die Dissoziation der schwachen Säure zusätzlich. Dies geschieht, weil nach dem Prinzip von Le Chatelier “Wenn ein chemisches System im Gleichgewicht gestört wird, verschiebt sich das System in eine Richtung, die die Störung minimiert.” Die überschüssigen Hydroniumionen, die von der starken Säure produziert werden, stören das Gleichgewicht, und so verläuft die Reaktion in umgekehrter Richtung, bis das Gleichgewicht hergestellt ist. Dies führt zu einer Abnahme der Dissoziation der schwachen Säure. Aufgrund dieser Abnahme kann der pH-Wert eines Gemisches aus einer starken und einer schwachen Säure nur aus der Konzentration der starken Säure berechnet werden. Zum Beispiel kann der pH-Wert eines Gemisches mit einer gleichen Konzentration von Salzsäure (HCl), einer starken Säure, und Ameisensäure (HCHO₂), einer schwachen Säure, nur aus der Konzentration von HCl bestimmt werden. Wenn die Konzentration des HCl in der Mischung 0,0020 M beträgt, kann sein pH-Wert wie folgt berechnet werden.

Hier ist die Konzentration der von HCHO₂ produzierten Hydroniumionen und die Autoionisation des Wassers vernachlässigbar und kann daher ignoriert werden.

Ein Gemisch aus zwei schwachen Säuren mit unterschiedlichen Dissoziationskonstanten

In einem Gemisch aus zwei schwachen Säuren wird der pH-Wert eines Gemisches durch die stärkere Säure bestimmt, wenn ihre Dissoziationskonstante deutlich höher ist als die der schwächeren Säure. In einem Gemisch mit einer gleichen Konzentration an salpetriger Säure (HNO₂) und hypochloriger Säure (HClO) ist beispielsweise das HNO₂ die Hauptdeterminante für den pH-Wert des Gemisches, da sein K_a (4,6 × ^10-4) etwa 10.000-mal höher ist als das K_a (2,9 × ^10-8) von HClO. Nach dem Prinzip von Le Chatelier zeigt HClO in Gegenwart von HNO₂ eine verminderte Dissoziation.