Beziehung zwischen Wasserstoffionen und pH

Der pH-Wert ist ein wichtiger Parameter, der bei der Bestimmung der Wasserqualität gemessen wird. Sie gibt an, ob eine Wasserquelle von guter Qualität ist und für Trinkzwecke und andere Haushaltszwecke verwendet werden kann. Außerdem ist das Aufrechterhalten des geeigneten pH-Werts auch für einige chemische Reaktionen kritisch. Der pH-Wert eines Systems hängt von der Konzentration der in diesem System vorhandenen Wasserstoffionen ab. Die Konzentration von Wasserstoffionen in einer Lösung ist die Menge an Wasserstoffionen (in Moleinheiten), die in einem Liter Lösung vorhanden sind. Der pH-Wert ist der logarithmische Wert des Inversen der Wasserstoffionenkonzentration. Dies ist die Beziehung zwischen Wasserstoffionen und pH.

Wichtige Bereiche

1. Was sind Wasserstoffionen?
      - Definition, Eigenschaften
2. Was ist pH?
      - Definition, Eigenschaften, Maßstab und Maße
3. Welche Beziehung besteht zwischen Wasserstoffionen und pH-Wert?
- Erklärung mit Beispielen

Schlüsselbegriffe: Säure, Alkalinität, Basizität, Wasserstoffionen, Hydroniumion, pH-Wert, Proton

Was sind Wasserstoffionen?

Wasserstoffionen sind die ionischen Formen des Elements Wasserstoff; Dies ist durch das Symbol H gegeben⁺. Ein Ion entsteht, wenn Elektronen entfernt oder einem Atom hinzugefügt werden. Wenn Elektronen aus einem Atom entfernt werden, wird es zu einem Kation. Wenn Elektronen zu einem Atom hinzugefügt werden, wird es zu einem Anion. Wasserstoff hat nur ein Elektron in seinen neutralen Atomen in der Gasphase. Das stabilste Isotop des Wasserstoffs enthält ein Proton im Kern. Daher wird die positive Ladung des Kerns (aufgrund des Vorhandenseins von Proton) durch das einzige Elektron neutralisiert, das er besitzt. Wenn dieses Elektron jedoch aus dem Wasserstoffatom entfernt wird, ist nur das positiv geladene Proton vorhanden. Daher wird Wasserstoff zu einem Wasserstoffion. Daher ist das Wasserstoffion nur ein Proton.

In wässrigen Lösungen steht dieses Wasserstoffion oder Proton in Kombination mit H₂O (Wasser) -Moleküle. Dann heißt es a Hydronium-Ionen. Das Symbol für das Hydroniumion ist H₃O⁺. Dieses Symbol wird aus H erstellt⁺-H₂O Kombination.

Abbildung 1: Die chemische Struktur von Hydroniumion

Die Acidität einer Verbindung wird durch ihre Fähigkeit bestimmt, Wasserstoffionen (oder Protonen) freizusetzen. Daher sind starke Säuren Verbindungen, die vollständig ionisieren und alle Wasserstoffionen freisetzen können, die sie haben. Schwache Säuren sind Verbindungen, die teilweise in seine Ionen dissoziieren und einen Teil der Wasserstoffionen freisetzen können. Die Menge der in einem System vorhandenen Wasserstoffionen kann durch Betrachtung des pH-Werts dieses Systems bestimmt werden. Säure-Base-Titrationen basieren hauptsächlich auf in einem System vorhandenen Wasserstoffionen. Eine Base kann verwendet werden, um die Anzahl der in einer wässrigen Lösung einer Säure vorhandenen Wasserstoffionen zu bestimmen.

Weiterhin können Wasserstoffionen auch Anionen enthalten. Da das Wasserstoffatom im 1s-Orbital ein ungepaartes Elektron hat, kann es ein anderes Elektron in das s-Orbital bringen, um das Orbital zu vervollständigen und die Elektronenkonfiguration von Helium (He) zu erhalten. Dann wird es als H angezeigt^-. Dies geschieht, weil das Wasserstoffatom aus einem Proton besteht und sich keine andere positive Ladung im Atom befindet, um das einfallende Elektron zu neutralisieren.

Im Allgemeinen neigt Wasserstoff zur Bildung des positiven Ions, da es im Vergleich zu den meisten anderen Elementen eine geringere Elektronegativität aufweist. Wenn es jedoch an Elemente wie Metalle gebunden wird, die eine sehr geringe Elektronegativität als Wasserstoff haben, neigt es dazu, Anionen anstelle von Kationen zu bilden.

Was ist pH?

Der pH-Wert ist der logarithmische Wert des Inversen der Wasserstoffionenkonzentration (genauer die Aktivität der Wasserstoffionen). Der pH-Wert ist eine Skala zur Bestimmung der Acidität oder Basizität (Alkalität) eines Systems. Logarithmischer Wert ist, weil die Wasserstoffionenkonzentration in einer Lösung eine sehr geringe Menge hat. Beispielsweise liegt die Wasserstoffionenkonzentration von reinem Wasser bei 25^OC ist ungefähr 10^-7 mol / l. Daher wird die Konzentration von Wasserstoffionen anstelle der Aktivität betrachtet und der logarithmische Wert wird verwendet, um die Identifizierung und den Vergleich dieser Konzentrationen zu erleichtern. Bei der Berechnung des pH-Werts sollten die Einheiten der Wasserstoffionenkonzentration in Mol / L angegeben werden.

Die pH-Skala variiert von 1 bis 14. pH 7 wird als neutraler pH-Wert eines Systems betrachtet. Säuren haben pH-Werte unter 7 und Basen haben einen pH-Wert über pH 7. Starke Säuren zeigen pH-Werte von 1 bis 3, während schwache Säuren pH-Werte von 4 bis 6 aufweisen. Wenn ein System einen pH-Wert in der Nähe von 14 hat, wird dies in Betracht gezogen als stark grundlegend.

Abbildung 2: pH-Skala

Der pH-Wert kann mit verschiedenen Methoden gemessen werden. Lackmuspapiere können verwendet werden, um zu bestimmen, ob eine Lösung sauer oder basisch ist. Mit pH-Papieren kann der pH-Wert als ganze Zahl bestimmt werden. Titrationsmethoden können ebenfalls verwendet werden.

Beziehung zwischen Wasserstoffionen und pH

Es gibt eine direkte Beziehung zwischen Wasserstoffionen und pH. Der pH-Wert einer Lösung hängt von der Wasserstoffionenkonzentration in dieser Lösung ab. Der pH-Wert ist der logarithmische Wert des Inversen der Wasserstoffionenaktivität. Da die Konzentration der Wasserstoffionen oft sehr niedrig ist, wird die Ionenaktivität als gleich der Konzentration der Wasserstoffionen angesehen. Dann ist der pH-Wert der Logarithmus der Umkehrung der Wasserstoffionenkonzentration.

pH = -log₁₀[ein_H+]

Wo ist die Aktivität?.

pH = -log₁₀[H⁺_(aq)]

Daher besteht ein direkter Zusammenhang zwischen dem pH-Wert und der Konzentration von Wasserstoffionen in einer Lösung.

Fazit

Der pH-Wert einer Lösung hängt hauptsächlich von der Wasserstoffionenkonzentration in dieser Lösung ab. Die Wasserstoffionenkonzentration variiert entsprechend der in dieser Lösung vorhandenen chemischen Spezies und den Änderungen der Temperatur dieser Lösung.

Verweise:

1. „Wasserstoffion“. Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica, Inc., n. D. Netz. Hier verfügbar. 26. Juli 2017. 
2. "Was ist pH-Wert?" .Np, n. D. Netz. Hier verfügbar. 26. Juli 2017. 

Bildhöflichkeit:

1. "Hydronium-3D-Kugeln" Von Benjah-bmm27 (Eigenes Werk, Public Domain) über Commons Wikimedia