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Schwache Säuren, Ks & pKs
Chemie · Klasse 11–12 · 6 Blätter · 75 Aufgaben
LehrplanHessen: Q3.2 Protolysegleichgewichte
Eine schwache Säure gibt nur einen kleinen Teil ihrer Protonen ab. Deshalb braucht ihr pH-Wert eine eigene Formel, und der pKS-Wert sagt, wie schwach sie ist.
Worum es geht
Eine schwache Säure HA reagiert nur teilweise mit Wasser: HA + H₂O ⇌ H₃O⁺ + A⁻. Die Lage dieses Gleichgewichts beschreibt die Säurekonstante KS = c(H₃O⁺) · c(A⁻) / c(HA). Handlicher ist pKS = −lg KS: Je kleiner der pKS, desto stärker die Säure. Weil nur wenige Moleküle protolysiert sind, ist c(H₃O⁺) viel kleiner als die Ausgangskonzentration c₀, und der pH-Wert liegt höher als bei einer starken Säure gleicher Konzentration.
Die Formeln
| Größe | Formel | Beispiel |
|---|---|---|
| pKS | pKS = −lg KS | KS = 1,8 · 10⁻⁵ → pKS = 4,74 |
| Säurestärke | kleinerer pKS = stärkere Säure | Methansäure 3,75 stärker als Essigsäure 4,75 |
| pH schwacher Säure (Näherung) | pH = ½ · (pKS − lg c₀) | gilt, wenn nur wenig protolysiert ist |
| pH schwacher Base (Näherung) | pOH = ½ · (pKB − lg c₀), pH = 14 − pOH | Ammoniak pKB = 4,75 |
| Protolysegrad | α = c(H₃O⁺) / c₀ | bei schwachen Säuren meist wenige Prozent |
Beispiel, Schritt für Schritt
Aufgabe: Berechne den pH-Wert einer Essigsäure mit c₀ = 0,20 mol/L. (pKS = 4,75; 2 NKS)
| Schritt | Rechnung | Warum |
|---|---|---|
| 1 · Säure einordnen | pKS = 4,75 → schwache Säure | bei pKS über etwa 3 gilt die Näherung |
| 2 · Logarithmus | lg 0,20 = −0,70 | c₀ kleiner als 1 mol/L ergibt einen negativen Logarithmus |
| 3 · Einsetzen | pH = ½ · (4,75 − (−0,70)) = ½ · 5,45 | minus einen negativen Wert heißt plus |
| 4 · Ergebnis | pH = 2,72 | deutlich höher als bei Salzsäure gleicher Konzentration (0,70) |
Der typische Fehler
Die Formel der starken Säure benutzen. pH = −lg 0,20 = 0,70 setzt voraus, dass jedes Säuremolekül sein Proton abgibt. Bei Essigsäure ist das nur etwa jedes hundertste. Das Ergebnis wäre hundertmal zu sauer. Vor jeder pH-Rechnung deshalb fragen: stark oder schwach? Salz-, Salpeter- und Schwefelsäure sind stark, Carbonsäuren schwach.
So prüfst du dein Ergebnis
Eingrenzen. Der pH-Wert einer schwachen Säure muss über dem der gleich konzentrierten starken Säure (−lg c₀) und unter 7 liegen. Zur Probe c(H₃O⁺) = 10−pH bilden: 10−2,72 ≈ 0,0019 mol/L, das sind knapp 1 % von 0,20 mol/L — typisch für eine schwache Säure.