Säuremischungen

In einem Gemisch aus einer starken Säure und einer schwachen Säure dissoziiert die starke Säure vollständig und erhöht die Konzentration an Hydroniumionen deutlich, während die schwache Säure nur teilweise dissoziiert. In ähnlicher Weise produziert in einem Gemisch aus zwei schwachen Säuren die relativ stärkere Säure mehr Hydronium-Ionen als die schwächere Säure.

In beiden Fällen wird die Dissoziation der schwächeren Säure unterdrückt, wenn sie sich in Gegenwart einer stärkeren Säure befindet. Das Le Châtelier-Prinzip erklärt, dass die Bildung von Hydronium-Ionen durch die stärkere Säure das Gleichgewicht zu den Reaktanten verschiebt und dadurch die Dissoziation der schwachen Säure verringert.

So wird der pH-Wert eines Säuregemisches hauptsächlich durch die Konzentration der stärkeren Säure bestimmt. In einem Gemisch, das 0,15 molare Salzsäure und 0,30 molare Blausäure enthält, erzeugt Salzsäure – eine starke Säure – beispielsweise eine Hydroniumionenkonzentration von 0,15 molaren Säuren.

Im Gegensatz dazu dissoziiert Blausäure – eine schwache Säure – nur teilweise. Die Konzentration der von Blausäure erzeugten Hydroniumionen kann aus ihrer Säuredissoziationskonstante K_a und einer ICE-Tabelle berechnet werden.

Die Anfangskonzentration von Hydroniumionen entspricht der Anfangskonzentration von Salzsäure, 0,15 molaren, und die Anfangskonzentration von Cyanidionen ist Null. Die Änderung der Konzentration von Hydronium-Ionen und Cyanid-Ionen wird mit x gekennzeichnet.

Da x eine relativ kleine Zahl ist, kann 0,30 minus x auf 0,30 und 0,15 plus x auf 0,15 mit der 5%-Regel angenähert werden.

Der K_a für Blausäure beträgt 4,9 × 10⁻¹⁰ und ist gleich der Konzentration der Hydroniumionen multipliziert mit der Konzentration der Cyanidionen dividiert durch die Konzentration der Blausäure.

Setzt man die Werte aus der ICE-Tabelle in den K-A-Ausdruck ein, erhält man die Konzentration der von Blausäure erzeugten Hydroniumionen, die im Vergleich zur Konzentration der von Salzsäure erzeugten Hydroniumionen vernachlässigbar ist.

Der pH-Wert kann berechnet werden, indem man das negative Protokoll der Konzentration von Hydroniumionen nimmt: 0,15 molaren. Daher wird der pH-Wert des Gemisches allein durch die Konzentration der Salzsäure, der starken Säure, bestimmt.

In ähnlicher Weise wird der pH-Wert eines Gemisches aus zwei schwachen Säuren, die in gleichen Mengen vorhanden sind, in erster Linie durch die Konzentration der relativ stärkeren Säure bestimmt.

In einem Gemisch aus Flusssäure und Blausäure ist beispielsweise Flusssäure die Hauptdeterminante für den pH-Wert des Gemisches, da sie einen K_a von 3,5 × 10⁻⁴ aufweist, was fast eine Million Mal höher ist als der K_a der Blausäure.