Zwei Fragen zum pH-Wert

Wissenschaft Chemie
#1

hallo!

Ich hab nochmal zwei Fragen zum pH-Wert.

  • Wie hoch ist der negativste pH-Wert? Spontan würd ich sagen: „-log(55,5) bei 4 °C“, da 1 L Wasser bei 4 °C etwa 55,5 Mol enthält. Wenn also alle Wassermoleküle als H3O+ vorlägen, wäre 55,5 mol/L also die maximal mögliche H3O+ Konzentration.
    Doch wird 1 L reines H3O+ eine andere Masse haben als 1 L H2O. Und ich habe auch Zweifel daran, ob reines H3O+ überhaupt existieren würde.
    also: Wie groß ist der kleinste pH-Wert?

  • Wenn man zum Autoprotolyse-Gleichgewicht des Wassers (also im neutralen Zustand) eine Säure gibt, dissoziiert die Säure in H+ und ein Anion. Das H+ bildet dann mit Wasser H3O+; die H3O+ Konzentration steigt. Da das Ionenprodukt des Wassers konstant ist, muss nun die OH- Konzentration sinken.
    Wäre nicht auch eine andere Möglichkeit, dass die H3O+ Konzentration sänke? Also dass die Säure nicht dissoziieren könnte/würde?

Gruß
Paul

#2

Hi

Ich finde die Frage interessant, kann aber nix dazu beisteuern, außer einer weiteren Frage!

WÜRDE man diese Brühe aus reinen Oxoniumionen darstellen können, würde es dann Protonen freisetzen?

Grüße

Karana

#3

Moin,

Wenn also alle Wassermoleküle als H3O+ vorlägen, wäre
55,5 mol/L also die maximal mögliche H3O+ Konzentration.

kleiner Denkfehler.
Was soll denn das Gegenion sein?
Wenn es OH- wäre, hast Du wieder einen neutralen pH-Wert.

Und ich habe auch Zweifel daran, ob reines H3O+ überhaupt

Sehr berechtigt :wink:

existieren würde.

also: Wie groß ist der kleinste pH-Wert?

Die leichteste einprotonige Säure ist HF mit der Masse von rund 20 g/mol. macht zusammen mit dem Wasser 38 g/mol also 26,3 mol/l
nimm den negativen dekadischen log und Du hast einen Wert.
Ich komme da auf rund -1,4

Wenn Du lustig bist, kannst Du das auch für andere Säuren durchrechnen.

Gandalf

#4

hallo!

Ich hab nochmal zwei Fragen zum pH-Wert.

  • Wie hoch ist der negativste pH-Wert? Spontan würd ich sagen:
    „-log(55,5) bei 4 °C“, da 1 L Wasser bei 4 °C etwa 55,5 Mol
    enthält. Wenn also alle Wassermoleküle als H3O+ vorlägen, wäre
    55,5 mol/L also die maximal mögliche H3O+ Konzentration.

Du kannst nicht unterschlagen, dass alle Wassermoleküle dann auch OH-Ionen bilden würden. Wenn die Dissoziation des Wasser stärker (hypothetisch die Dissoziationskonstante KW des Wassers sehr groß ist) wäre, ergäbe sich ein anderes Ionenprodukt. Bei einem riesigen KW wäre das Ionenprodukt dann übrigens 55,5 zum Quadrat, wenn du das Massenwirkungsgesetz aufstellst. Und da der pH- Wert am Ionenprodukt definiert ist, hättest du bei diesem hypothetischen Wasser eine andere pH- Skala.

Ein Gleichgewicht zeichnet sich dadurch aus, dass es ein Energieminimum darstellt. Wassermoleküle zeigen eine gewisse Wahrscheinlichkeitsrate zu dissoziieren, also einen Potentialtopf zu verlassen. Die Regie über diese Rate führt das Produkt aus Temperatur und der Boltzmann- Konstanten relativ zur Minimumsenergie. Die Minimumsenergie ist letztendlich durch die elektronischen Eigenschaften des Wassermoleküls gegeben und damit durch Quantenprozesse, welche die Stärke von Bindungen steuern. Da die Naturkonstanten nun mal so sind, wie sie sind, kommt Wasser so vor, wie du es kennst. Wenn das nicht so wäre, gäbe es dich nicht und du könntest hier keine Fragen stellen

Doch wird 1 L reines H3O+ eine andere Masse haben als 1 L H2O.
Und ich habe auch Zweifel daran, ob reines H3O+ überhaupt
existieren würde.

Zurecht, wie ich in langen Worten darlegte.

also: Wie groß ist der kleinste pH-Wert?

Null, gemäß Definition, weil das Ionenprodukt des Wassers so ist, wie es ist.

  • Wenn man zum Autoprotolyse-Gleichgewicht des Wassers (also
    im neutralen Zustand) eine Säure gibt, dissoziiert die Säure
    in H+ und ein Anion. Das H+ bildet dann mit Wasser H3O+; die
    H3O+ Konzentration steigt. Da das Ionenprodukt des Wassers
    konstant ist, muss nun die OH- Konzentration sinken.

stimmt

Wäre nicht auch eine andere Möglichkeit, dass die H3O+
Konzentration sänke?

Dann wäre die Säure eine schwächere Säure als Wasser. Das gibt es tatsächlich.

Gruß
Peter

#5

Null, gemäß Definition, weil das Ionenprodukt des Wassers so
ist, wie es ist.

Woher kommen dann die negativen Ph-Werte von denen ich in wissenschaftlichen Publikationen immer wieder lese?

#6

.Null, gemäß Definition, weil das Ionenprodukt des Wassers so
ist, wie es ist.

Woher kommen dann die negativen Ph-Werte von denen ich in
wissenschaftlichen Publikationen immer wieder lese?

Stimmt, ich ziehe diese Aussage in dieser Form zurück. Wenn man als pH- Wert den negativen Logarithmus der Oxonium- Ionen- Aktivität definiert, gibt es negative pH- Werte. Dann liegt aber nicht nur Wasser vor, sondern auch beträchtliche Mengen an Säure. Wenn man einen Tropfen Wasser in konzentrierte Schwefelsäure gibt, dann hat man das Wasser in einem hohen Maß protoniert, aber man hat auch ein anderes Gleichgewicht mit weiteren Teilnehmern geschaffen. Und man hat auch kein reines „Oxonium“ produziert. In diesem Fall kann man überhaupt nicht mehr vom Ionenprodukt des Wassers (allein) reden.

Peter

#7

Wenn also alle Wassermoleküle als H3O+ vorlägen, wäre
55,5 mol/L also die maximal mögliche H3O+ Konzentration.

kleiner Denkfehler.
Was soll denn das Gegenion sein?
Wenn es OH- wäre, hast Du wieder einen neutralen pH-Wert.

Es sind doch nur im neutralen Zustand gleich viele OH- und H3O+ Ionen vorhanden. Das Gleichgewicht kann man doch verschieben, indem man zB Säure hinzugibt.
Ein ganz geringer Anteil an OH- wäre selbst bei einer extrem hohem H3O+ Konzentration noch vorhanden, aber der pH-Wert wäre nicht 7, sondern stark sauer.

Und ich habe auch Zweifel daran, ob reines H3O+ überhaupt

Sehr berechtigt :wink:

existieren würde.

also: Wie groß ist der kleinste pH-Wert?

Die leichteste einprotonige Säure ist HF mit der Masse von
rund 20 g/mol. macht zusammen mit dem Wasser 38 g/mol also
26,3 mol/l
nimm den negativen dekadischen log und Du hast einen Wert.
Ich komme da auf rund -1,4

Kann man einer Lösung nicht auf andere Weise H3O+ zuführen als mit einer Säure? Kann man H3O+ nicht außerhalb anreichern und dann in hoch konzentrierter Form zugeben?

Gruß
Paul

#8

Moin,

Ein ganz geringer Anteil an OH- wäre selbst bei einer extrem
hohem H3O+ Konzentration noch vorhanden, aber der pH-Wert wäre
nicht 7, sondern stark sauer.

das ist doch die Aussage der Konstanz der Ionenproduktes.
Wenn 10-7 mol/l H30+ dann liegen auch 10-7 mol/l OH- vor.

Bei
10-6 mol/l H30+ liegen 10-8 mol/l OH- vor

10-14 mol/l H30+ liegen 10-0 mol/l OH- vor

bei
10-0 mol/l H30+ liegen 10-14 mol/l OH- vor

und so weiter.
Die Summer der Beträge ist immer 14

Kann man einer Lösung nicht auf andere Weise H3O+ zuführen als
mit einer Säure? Kann man H3O+ nicht außerhalb anreichern und
dann in hoch konzentrierter Form zugeben?

Na dann überleg mal, wie das passieren sollte?
Es gibt auch keine elektrischen Monopole.

Gandalf

#9

Kann man einer Lösung nicht auf andere Weise H3O+ zuführen als
mit einer Säure? Kann man H3O+ nicht außerhalb anreichern und
dann in hoch konzentrierter Form zugeben?

Na dann überleg mal, wie das passieren sollte?
Es gibt auch keine elektrischen Monopole.

Ah, jetzt versteh ich, was du mit Gegenion meinst. Kann eine Lösung nicht geladen sein? Kann man in einer Lösung nicht Kationen isolieren oder in einem bestimmten Bereich der Lösung die Kationen-Konzentration erhöhen? Dann könnte man aus diesem Bereich zB H3O+ Ionen entnehmen und die Anionen lässt man einfach da. Oder schüttet sie weg *g*

Gruß
Paul