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Bei der Reaktion von gleichen molaren Mengen Salzsäure und Natronlauge stellt man fest, dass die Lösung neutral reagiert und beim Eindampfen festes NaCl ergibt. Außerdem bemerkt man, sofern die Lösungen nicht zu sehr verdünnt sind, eine deutliche Erwärmung: Neutralisationswärme.
Säure + Base Salz + Wasser
Beispiel:
H+ + Cl- + Na+ + OH- Na+ + Cl- + H2O
Salzsäure Natronlauge
HNO3 + KOH KNO3 + H2O
Salpetersäure Kalilauge Kaliumnitrat
Allen diesen Reaktionen ist eine Reaktion gemeinsam: Die Bildung von Wasser aus den Ionen H+ und OH-:
H+ + OH- H2O
Diese eigentliche Neutralisationsreaktion ist mit der Freisetzung von 57,3 kJ/mol verbunden. Diese Energie hängt nur von der Konzentration der Reaktanden, nicht aber von ihrer Art ab. Das Ergebnis der Neutralisation ist eine Lösung des entstandenen Salzes.
Ph-Wert
Der Charakter einer Lösung, d.h., ob sie sauer, basisch oder neutral ist, hängt vom Verhältnis der Konzentration der H3O+ - Ionen zur Konzentration der OH- - Ionen ab. Überwiegen die H3O+ - Ionen, wird die Lösung als sauer, überwiegen die OH- - Ionen, so wird sie als basisch oder alkalisch bezeichnet. In neutralen Lösungen sind beide Konzentrationen gleich groß.
c (H3O+) mol/l
c (OH-) mol/l
Zur Kennzeichnung einer Lösung genügt es, die H3O+ -Ionenkonzentration anzugeben. Da diese jedoch meist recht unhandliche, kleine Zahlenwerte ergibt, verwendet man den negativen dekadischen Logarithmus des Zahlenwerts der H3O+ -Konzentration, den pH-Wert:
pH = -lg (c(H3O+))
pH-Wert
0 7 14
Säurecharakter nimmt zu neutral Basischer Charakter nimmt zu
Der pH-Wert liegt zwischen 0 und 14. Werte kleiner als 7 bedeuten sauer (Oxonomiumionen überwiegen). Werte größer als 7 bedeuten basisch (Hydroxid-Ionen überwiegen). Bei 7 ist die Substanz neutral (Oxonium- und Hydroxid-Ionen stehen sich in gleichem Verhältnis gegenüber).
Ableitung des ph-wertes
Hochreines Wasser leitet in äußerst geringem Maße den elektrischen Strom. Dies bedeutet, es müssen frei bewegliche Ladungsträger (Ionen) vorhanden sein. In reinem Wasser von 22 °C ist von 10 Millionen H2O Molekülen genau eines dissoziiert.
H2O + H2O H3O+ + OH-
Der ph-Wert kann mit Hilfe des "Ionenproduktes des Wassers" abgeleitet werden:
Bei 1 l Wasser von 22 °C gilt:
c (OH-) = 1,0 . 10-7 mol/l
c (H3O+) = 1,0 . 10-7 mol/l
Das Ionenprodukt des Wassers beträgt:
I(H20): c(H3O+) . c(OH-) = 1,0 . 10-14 mol2 / l2
Da für reines Wasser (neutrales Wasser) gilt c(H30+) = c(OH-) kann man schreiben:
(c(H3O+))2 = 1,0 . 10-14 mol2 / l2 / 0,5
c(H3O+) = 1,0 . 10-7 [mol / l] / lg
lg(c(H3O+) = lg(1,0 . 10-7)
lg(c(H3O+) = lg . 1,0 + lg 10-7
lg(c(H3O+) = 0 + (-7) lg10
lg(c(H3O+) = -7 . 1
lg(c(H3O+) = -7 / .(-1)
-lg(c(H3O+) = 7
Aus diesen Überlegungen folgt die allgemeine Formel für den pH-Wert:
pH = -lg(c(H3O+)
Die Konzentration der H3O+ - Ionen muss immer in mol / Liter angegeben werden.
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