15.11: Bestimmung des pH-Werts von Salzlösungen

Der pH-Wert einer Salzlösung wird durch ihre Bestandteile Anionen und Kationen bestimmt. Salze, die pH-neutrale Anionen enthalten, und die Hydroniumionen-produzierenden Kationen bilden eine Lösung mit einem pH-Wert von weniger als 7. In Ammoniumnitrat (_NH4NO₃)-Lösung reagieren z. B._NO3⁻-Ionen nicht mit Wasser, während NH₄⁺-Ionen die Hydroniumionen erzeugen, die zur sauren Lösung führen. Im Gegensatz dazu bilden Salze, die pH-neutrale Kationen enthalten, und die Hydroxidionen-produzierenden Anionen eine Lösung mit einem pH-Wert von mehr als 7. In Natriumfluorid (NaF)-Lösung ist beispielsweise das Na⁺ pH-neutral, während das F^– die Hydroxidionen produziert und die basische Lösung bildet. Die Gegenionen einer starken Säure oder Base sind pH-neutral und Salze, die durch solche Gegenionen gebildet werden, bilden eine neutrale Lösung mit einem pH-Wert von 7. In KBr ist beispielsweise das K⁺-Kation inert und beeinflusst den pH-Wert nicht. Das Bromidion ist die konjugierte Base einer starken Säure und daher von vernachlässigbarer Basenstärke (keine nennenswerte Basenionisation). Die Lösung ist neutral.

Einige Salze enthalten sowohl ein saures Kation als auch ein basisches Anion. Der Gesamtsäuregehalt oder die Basizität einer Lösung wird durch die relative Stärke von Kation und Anion bestimmt, die mit Hilfe von K_a und K_b verglichen werden kann. Zum Beispiel ist in NH₄F das NH₄⁺ Ion sauer und das F⁻ Ion basisch (konjugierte Base der schwachen Säure HF). Vergleicht man die beiden Ionisationskonstanten: K_a von NH₄⁺ ist 5,6 × 10⁻¹⁰ und K _b von F⁻ ist 1,6 × 10⁻¹¹, also ist die Lösung sauer, da K_a > K_b.

Berechnung des pH-Werts einer sauren Salzlösung

Anilin ist ein Amin, das zur Herstellung von Farbstoffen verwendet wird. Es wird als Aniliniumchlorid [C₆H₅NH₃⁺]Cl isoliert, ein Salz, das durch die Reaktion der schwachen Base Anilin und Salzsäure hergestellt wird. Was ist der pH-Wert einer 0,233 M Lösung von Aniliniumchlorid?

Das K_a für Anilinium-Ionen leitet sich ab vom K_b für seine konjugierte Base, Anilin:

Unter Verwendung der bereitgestellten Informationen wird eine ICE-Tabelle für dieses System erstellt:

Setzt man diese Gleichgewichtskonzentrationsterme in das K_ein, erhält man

Unter der Annahme, dass x << 0,233 ist, wird die Gleichung vereinfacht und für x gelöst:

Die ICE-Tabelle definiert x als die Molarität der Hydroniumionen, und daher wird der pH-Wert wie folgt berechnet

Hydrolyse von [Al(H2O)₆]³⁺

Berechnen Sie den pH-Wert einer 0,10 M Lösung von Aluminiumchlorid, die sich vollständig auflöst und das hydratisierte Aluminiumion [Al(H2 O)₆]³⁺ in Lösung ergibt.

Die Gleichung für die Reaktion und K_a lautet:

Eine ICE-Tabelle mit den bereitgestellten Informationen wird

Das Einsetzen der Ausdrücke für die Gleichgewichtskonzentrationen in die Gleichung für die Ionisationskonstante ergibt:

Unter der Annahme, dass x 0,10 << und die vereinfachte Gleichung gelöst wird, ergibt sich:

Die ICE-Tabelle definierte x als gleich der Hydroniumionenkonzentration, und so wird der pH-Wert mit 2,92 berechnet, und die Lösung ist sauer.

Dieser Text wurde angepasst von Openstax, Chemie 2e, Abschnitt 14.4: Hydrolyse von Salzen.