pH-Wert / Wasserhärte

Wissenschaft Biologie
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Hallo Forum,

ich muss nochmals auf die Wasserhärte zu sprechen kommen bzw. die Auswirkung einer Säurezulage auf den pH-Wert eines Wassers.

Ich habe 2 Ausgangswasser zur Verfügung.

Wasser 1: pH 8,0 (Leitungswasser + NaOH)
Wasser 2: pH 7,1 (Leitungswasser)

Wasser 1 sollte ein weiches Wasser simulieren.

Wenn ich nun in beide 0,1 % Ameisensäure gebe ergibt sich für das Wasser 1 ein Wert von 3,08 und für Wasser 2 ein Wert von 3,06.

Ich verstehe nicht, warum sich bei unterschiedlichen Ausgangs-pH-Werten nach einer Zugabe von 0,1 % Ameisensäure gleiche pH Werte ergeben.

Danke.

Gerd.

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Hallo Gerd,

Schau Dir doch mal eine Titrationskurve an. Z.B.:
http://www.cup.uni-muenchen.de/studium/chemgrundprak……

Da siehst Du, dass die am Äquivalenzpunkt recht steil verläuft, d.h. Du bekommt bei einer kleinen Zugabe von Base / Säure eine große pH-Wert-Änderung hin. Genau das passiert bei der Zugabe Deiner Ameisensäure - Du kommst sehr schnell auf den pKs der Ameisensäure (war der nicht 3.75?) und dann ändert sich erst einmal wenig. Da macht ein Ausgangs-pH-Wert von 7.1 oder 8.0 kaum einen Unterschied.
Nachrechnen läßt sich das im Moment nicht, da Du ja nicht angibst, wieviel Ameisensäure Du in wieviel Wasser kippst.

Vampy

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Hallo Vampy,

ok, aber ganz nachvollziehen kann ich das nicht bzw habe vermutlich eine Gedankenfehler.

Wenn ich ein weches Wasser habe also sagen wir mit pH8 in dem gelöste Carbonate/Sulfate sind, dann puffern die doch die Säure oder ? Demnach müsste ein Ausgangswasser von pH 8 zu höhere pH Werten als ein Wasser mit pH7 (bei gleich Zulage an Säure).

Gerd.

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Hallo Gerd,

bevor hier alles durcheinander geht, einige kleine Hinweise und Klarstellungen:

Es gibt zwei Formen der Wasserhärte (eigentlich gibt es mehr, aber nur zwei finden regelmäßig Verwendung): die (deutsche) Gesamthärte (GH) und die Karbonathärte (KH).

Erstens: Die GH ist definiert über die Konzentration an Erdalkali-Ionen, im Wesentlichen Ca2+ und Mg2+. Da Natronlauge (NaOH) keine Erdalkali-Ionen liefert, ändert sich die GH überhaupt nicht!
Anmerkung: jedenfalls nicht, solange der pH-Wert nicht so hoch ist, dass Hydroxide, z. B. Mg(OH)2, ausfallen, was bei pH = 8 sicherlich nicht der Fall ist. Einen eventuellen Verdünnungseffekt klammere ich ebenfalls aus, weil das NaOH-Volumen wahrscheinlich vernachlässigbar klein war.

Genau dasselbe gilt eigentlich auch für die KH, die über den Gehalt an (Hydrogen)Carbonat-Ionen definiert ist. Auch hier ändern sich zwar die Protolysegleichgewichte der Kohlensäure, aber der Gesamtgehalt an Carbonat bleibt gleich - wiederum solange, bis bei hohem pH-Wert Carbonate ausfallen würden. Eher bringt aber durch nicht sorgfältig bereitete und gelagerte NaOH Carbonationen ins Wasser und erhöht so (geringfügig) die KH.

Also: weiches Wasser durch NaOH-Zugabe zu simulieren ist wenig sinnvoll. Da hilft nur das Mischen mit entsalztem (destilliertem) Wasser.

Ich habe 2 Ausgangswasser zur Verfügung.

Wasser 1: pH 8,0 (Leitungswasser + NaOH)
Wasser 2: pH 7,1 (Leitungswasser)

Wenn ich nun in beide 0,1 % Ameisensäure gebe ergibt sich für
das Wasser 1 ein Wert von 3,08 und für Wasser 2 ein Wert von
3,06.

Verstehe ich das richtig: die beiden Wasser wurden auf eine Gesamtkonzentration von 0,1 % Ameisensäure (warum ausgerechnet Ameisensäure?) gebracht? Bei reinem Wasser hätte das überschlagsmäßig einen pH von 2,7 gegeben, so dass der etwas höhere pH-Wert in den Wasserproben sich aus dem gelösten Carbonat ergibt, das von der HCOOH protoniert wird (zu Kohlendioxid). Das klingt IMHO durchaus vernünftig.

Eine kleine Rechnung zu den geringen Unterschieden: Ein pH von 3 entspricht einer Protonenkonzentration von 10-3 mol/l. Wieviel NaOH war nötig, um den pH-Wert von 7,1 auf 8,0 zu bringen. Sicher mehr als die rechnerischen 10-6 mol/l, weil der Hydrogencarbonat-Puffer zu überwinden ist, aber jedenfalls viel weniger als 10-3 mol/l! Wenn es etwa 4*10-5 mol/l wären, entspräche das exakt dem Unterschied in der Protenenkonzentration zwischen pH 3,06 und 3,08 - in Anbetracht auch der möglichen Messungenauigkeit (?) denke ich, ist das beschriebene Ergebnis nicht unrealistisch!

Ich verstehe nicht, warum sich bei unterschiedlichen
Ausgangs-pH-Werten nach einer Zugabe von 0,1 % Ameisensäure
gleiche pH Werte ergeben.


Vielleicht habe ich jetzt nur für zusätzliche Verwirrung gesorgt, aber falls es noch Fragen gibt, antworte ich gerne.
Bernd

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Hallo Gerd: Der pH-Wert basiert auf einer logarithmischen Skala, d.h einem 10er-Logarythmus. pH 7,0 heisst 1x10-7 mol H+/lt bei 25°C respektive 1x10-7 mol OH-/lt H2O bei 25°C. pH 8,0 heisst 1x10-6 mol OH-/lt. H2O bei 25°C. pH 7,1 heisst 1,2589 x 10-7 mol OH-/lt. H2O b. 25°C. D.h. um von pH 8,0 auf pH 7,1 zustellen mit HCOOH brauchst Du 8,74107 x 10-7 mol HCOOH = 4,0209 x 10-5 gr. HCOOH. pH 3,1 entspricht 7,94328 x 10-4 mol H+/lt. H2O b. 25°C. D.h. die HCOOH-Menge um von pH 8,0 auf pH 7,1 zu stellen entspricht ca. 1/1000 der HCOOH-Menge die Du brauchst um von pH 7 auf pH 3,1 zu stellen. Ist Dir jetzt klar wieso Du zwischen pH 8,0 auf pH 3,1 und pH 8,0 und pH 3,1 praktisch keinen Unterschied bezüglich HCOOH-Menge feststellen kannst! Gruss

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Hallo Bernd

Also: weiches Wasser durch NaOH-Zugabe zu simulieren ist wenig
sinnvoll. Da hilft nur das Mischen mit entsalztem
(destilliertem) Wasser.

Vielleicht habe ich jetzt nur für zusätzliche Verwirrung
gesorgt, aber falls es noch Fragen gibt, antworte ich gerne.
Bernd

Nein zusätzliche Verwirrung nicht. Im Prinzip verstehe ich die Ausführungen. Wenn ich aber wie oben einen pH-Wert von 8 simulieren möchte und dazu NaOH verwende müsste das doch ähnlich reagieren wie weiches Wasser oder ? Also die H±Ionen bei der Säurezulage müssten durch die OH Ionen gepuffert werden… Aber ich komme der Sache jetzt langsam auf die Spur.

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Hallo Paul.

Tolle Ausführung danke. Ja fast verstehe ich es. Ich brauche extrem minimale Mengen an Säure um den pH von 8 auf 7,1 zu bringen. Aber wenn ich einen pH Wert von 8 habe in einem Wasser da sind doch darin Ionen gelöst die H±Ionen puffern bzw. mit den H+ Iionen reagieren. Dann brauche ich doch mehr säure um von 8 auf 7,1 zu kommen.

10-4 mol H+/lt. H2O b. 25°C. D.h. die HCOOH-Menge um von pH
8,0 auf pH 7,1 zu stellen entspricht ca. 1/1000 der
HCOOH-Menge die Du brauchst um von pH 7 auf pH 3,1 zu stellen.
Ist Dir jetzt klar wieso Du zwischen pH 8,0 auf pH 3,1 und pH
8,0 und pH 3,1 praktisch keinen Unterschied bezüglich
HCOOH-Menge feststellen kannst! Gruss

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Hallo Gerd,

WEnn Du das weiche Wasser mit NaOH simulierst, hast Du da nichts, was puffert. OH(-)-Ionen puffern nicht, sondern jede Änderung in der OH(-)-Ionen-Konzentration bewirkt sofort eine Änderung des pH-Wertes. Anders ist es bei Puffern. Hast Du da CO3(2-) und HCO3(-)-Ionen in der Lösung und gibst z.B. Säure zu, dann verschiebst Du das Gleichgewicht mehr zu der Seite der HCO3(-)-Ionen. Da ändert sich dann nicht, bzw. wenig an der Konzentration der H3O(+), bzw. OH(-)-Ionen.
Daher ändert sich im Pufferbereich der pH-Wert nicht.
Bei OH(-)-Ionen ist deren Konzentration direkt für den pH-Wert (pH = -log c(H3O+)) verantwortlich.

Vampy

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Hallo Gerd

Nein zusätzliche Verwirrung nicht. Im Prinzip verstehe ich die
Ausführungen. Wenn ich aber wie oben einen pH-Wert von 8
simulieren möchte und dazu NaOH verwende müsste das doch
ähnlich reagieren wie weiches Wasser oder ?

Nein, warum? Weiches Wasser enthält wenig (Erdalkali- bzw. Carbonat-) Ionen, hartes Wasser enthält viele Ionen - so ist die Definition. Man kann die Konzentrationen nicht durch Zugabe von weiteren Ionen senken. Ausnahmen sind Substanzen die Metallionen ausfällen oder komplexieren oder bei gravierenden pH-Änderungen (z. B. zu stark sauer, wobei Carbonat zu Kohlensäure protoniert wird).

Also die H±Ionen
bei der Säurezulage müssten durch die OH Ionen gepuffert
werden…

Ja, aber die H+ Ionen haber nichts mit der Härte zu tun. Verwechsle nicht Härte mit pH-Wert! Stark saure Lösungen können hohe GH haben und stark basische Lösungen (z.B. reine NaOH) können KH = 0 aufweisen!

Grüsse,
Bernd

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Hallo Vampy,

WEnn Du das weiche Wasser mit NaOH simulierst, hast Du da
nichts, was puffert.

Soweit ich das verstanden habe, versucht Gerd, Leitungswasser mit NaOH zu enthärten (warum das meiner Ansicht nach nicht sinnvoll ist, habe ich schon unten geschrieben), also Leitungswasser + NaOH. Dabei puffern natürlich die Hydrogencarbonat-Ionen im Wasser.

Bernd

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Hallo Gerd

Tolle Ausführung danke. Ja fast verstehe ich es. Ich brauche
extrem minimale Mengen an Säure um den pH von 8 auf 7,1 zu
bringen. Aber wenn ich einen pH Wert von 8 habe in einem
Wasser da sind doch darin Ionen gelöst die H±Ionen puffern
bzw. mit den H+ Iionen reagieren. Dann brauche ich doch mehr
säure um von 8 auf 7,1 zu kommen.

Das alles stimmt meiner Meinung nach und ich denke darum, dass entweder Paul oder ich die „Bereitung“ des Wassers mit pH = 8 falsch gedeutet haben. Was ich immer noch nicht verstehe ist, wie NaOH-Zugabe das Wasser enthärten soll - außer dass sich weiches Wasser und stark verdünnte NaOH ähnlich anfühlen.
Zudem müsste eigentlich berücksichtigt werden, dass Ameisensäure eine ziemlich schwache Säure ist. Außer für die Endkonzentration halte ich den „Fehler“ aber für bedeutungslos.

Bernd