Grundlogn vo da Chemie

De Chemie is de Natuawissnschoft, de wos si mim Aufbau, mit de Eignschoftn und de Reaktiaunan vo Stoffn bschäftigt. Stoffe san Materie und bestehngan aus Atoman, Moleküün, Nanopartikln, Cluster, ...

Eitäulung vo de Stoffe

Reinstoffe:
- Elemente: bestehngan aus ana anzlnan Suatn vo Atoman, z. B.: Fe, O₂
- Vabindungan: aus vaschiedanan Atoman in definiatn Menganvahöötnissn (Moleküin), z. B.: H₂O, NaCl
Gemische/Gemenge:
- Homogen: schaun aus wiara Reinstoff, san owa molekuloa dispers glöst (Täuchen kloana 1 nm), z. B.: Soizlösungan, maunche Legierungan
- Kolloide und Nanopartikl: kolloidal glöst (Täuchen 1 nm bis 1 μm), z. B.: Dispersionsfoabn, Zementsuspensiaun
- Heterogen (= Dispersionan): vaschiedane Phasn san nemaranaund vamischt (grob dispers vatäut, Täuchen gressa 1 μm), z. B.: Granit, PU-Schaum.

Bezeichnungan fia Gemische, nachm Aggregatszuastaund: (rot = homogen, gööb = heterogen):

	fest	flüssig	gasfeamig
in fest	Legiarung, wia Bronze	Tonminaroi	laara Schwaum, Hoatschaum
	Gemenge i.e.S., wia Granit
	Haufweak, wia Kias
in flüssig	Lösung, wia Sole	Lösung, wia Weih	Lösung, wia Sodawossa
	Suspension, wia Schlaum	Emulsion, wia Müli	Schaum
in gasfeamig	Aerosol (Obabegriff)		Gasgmisch
	Rauch, Staub, wia Tschickrauch	Daumpf, Nebl

Chemische Elemente

Mittlawäu kennan mia 118 vaschiedane Elemente, 91 davo kumman in da Natua vua. A jeds Atom (griech. atomos „untäuboa“) hod an kloan positiv glodanan Kean (dea bsteht aus positiv glodanan Protonan und neutroin Neutronan) und ane Hüün aus negativ glodanan Elektronen. A noch außn unglodans Atom muass glei vü Protonan wia Elektronan haum. A Atom mit da sööm Protonanauzoi (Uadnungszoi) kau vaschiedn vü Neutronan haum, des san de Isotope (lat. ísos „gleich“ und tópos „Ort, Stelle“). Instabüle Isotope vafoin noch ana gwissn Zeit, des is de Hoibweatszeit (Zeit, wo de Hööftn vo de Atome in aundare Elemente zafoin is), dabei wiad radioaktive Strohlung ausgstoid (das haßt owa ned, dass olle Isotope radioaktiv san).

A poa Begriffe:

Massnzoi (MZ): is de Summan (vo de Massn) vo de Neutronan und Protonan. Untaschiedliche Isotope vom sööm Element reagian chemisch gleich, z. B. H₂O, HOD, D₂O, T₂O (H = Wossastoff, D = Deuterium, T = Tritium - Wossa, hoibschwars Wossa, schwars Wossa, Iwaschwars Wossa)
Obsolute Atommassn: is de Massn vo an Atom in g oda kg, z. B. 1 Atom ¹²C hod de Massn vo ca. 2 · 10⁻²³ g.
Relatiave Atommassn: wiad in da Atomarn Massneiheit u auge'm. 1 u is 1/12 vo da Massn vo an Atom vom Isotop ¹²C = 1,66053892 · 10⁻²⁴ g.
Relatiave Moleküümassn: is de Summan vo oin relatiavn Atommassn vo oin Atoman vo an Moleküü.

Bohrsches Atommodöö

De Elektronen san auf anzelne kraasfeamige Schoin rund uman Kean auftäut (K = 2e, L = 8e, M = 8e, N = 18e, …). De aißaste Schoin bstimmt de Eignschoftn vo dem Element. A jeds Atom schaut, dass a volle Außnschoin kriagt, drum gehts Bindungan ei. Außa de Edelgase, de haum scho a volle Außnschoin, drum san de ned seah reaktiv.

Orbitalmodöö

Obare Reihn: Doastöllung vo de Woahscheinlikeitsdichten ois a Punktwuikn. Untare Reihn: Doastöllung vo da Isoflächn, de is so gwöht, dass si's Elektron innahoib ihm vo da Isoflächn umschlossanan Voluman mit 90 % Woahscheinlikeit aufhööt.

In Wirklikeit schauts a wengl aundas aus. De Elektronen kaunst nämli ois Wöön oda Täuchen betrochtn (Welle-Täuchen-Dualismus). Durch Iwalogerung vo de Wöönfunktionan kriagt ma Bereich', wo se de Elektronan mit ana eahähtn Woahscheinlikeit aufhoidn, des san de Orbitale.

Periodnsystem

Es Periodnsystem vo de Elemente (PSE) is 1869 vom Dmitri Mendelejew und vom Lothar Meyer unohhängig voranaund entwicklt wuan (aufbauend auf ihm J. A. R. Newland sein „Gsetz vo de Oktave“). De Elemente mit de gleichn Eignschoftn stehngan untaranaund in da sööm Gruppn; noch aufsteigenda Massn (MZ) greiht. Domois hods aa no Lückn gem, wo ma scho de Eignschoftn vo de no unentdecktn Elemente im Vuahinein hod sogn kinna (1875: Gallium, 1879: Scandium, 1886: Germanium - de kumman in da Natua vua). Späda hod ma no einige Elemente künstli heagstööt, owa de san noch wenign Millisekundn wieda zafoin. De meistn Elemente san bei Raumtemperatua und Noamäudruck fest und metollisch. Brom und Quecksüwa san flüssig, Wossastoff, Stickstoff, Sauastoff, Fluor, Chlor und de Edlgase san gasfeamig.

1. HG: Alkalimetolle (+ Wossastoff)
2. HG: Erdalkalimetolle
3. HG: Borgruppm
4. HG: Kuinstoff-Silicium-Gruppm
5. HG: Stickstoff-Phosphor-Gruppm
6. HG: Chalkogene
7. HG: Halogene
8. HG: Edlgase

De Atommassn steigt vo obm noch untn und vo links noch rechts. Da Atomradius nimmt vo obm noch untn zua, vo links noch rechts oh (bei de Hauptgruppn, wäu sa se stärka auziahn). De Elektronegativität (des is de Fähigkeit vo an Atom, dass Bindungselektronan aun si zaht) nimmt vo obm noch untn oh und vo links noch rechts zua. De Ionisiarungsenergie (oiso de nötiche Energie, ums am schwächstn bundane Elektron vo an Atom zan entfeanan) nimmt vo obm noch untn oh und vo links noch rechts zua (Ausnauhm: Edlgase).

Chemische Vabindungan

Chemische Vabindungan bstengan aus Atoman in definiatn Menganvahöötnissn, de wos mitaranaund vabundn san; des kennan sei: Moleküü, Ionangitta, Metoigitta, Komplexe oda Cluster. De Summanfuaml gibt de Auzoi vo jeda Atomoat im Moleküü oda in ana Fuamleiheit au, z. B.: C₆H₆, C₆₀, NaCl, C₃₇H₆₇NO₁₃. De Struktuafuaml zoagt de Vaknüpfungen vo de Atome schematisch.

Ma untascheidt organische Vabindungan (devventhoidn Kuinstoff und Wossastoff) und aunorganische. Da Kuinstoff kau via Bindungan eigeh; ois irdische Lem basiat aufm Kuinstoff. Fricha hod ma glaubt, nua's Lem kau organische Stoffe produzian („vis vitalis“), owa jeda Natastoff (aa unsare DNA) kau synthetisch heagstööt wean, waunst genau waßt, wia's zaumgsetzt is, wäu ois aus den sööm Atoman bsteht. Ois easchtas hod da Wöhler organische Substanz aus aunorganischn Ausgaungsstoffn heasgööt (1824: Oxalsäure duach Hydrolyse vo Dicyan; 1828: Harnstoff aus Ammoniumcyanat).

De Oxidationszoi (Oxidationsstufn, elektrochemische Weatigkeit): gibt de Ionanlodung vo an Atom in ana chemischn Vabindung oda in an mehratomign Ion au, desd hädast, waun de Vabindung nua aus oaatomign Ionan bstengan ded. In ana lodungsneitroin Vabindung is de Summan vo de Oxidationszoin 0. Domitsd des ned mit de Ladungan vawexlst, schreibt ma de Oxidationszoi noamalaweis mit römischn Ziffan, z. B.: H₂O = H^+I₂O^-II, FeO = Fe^+IIO^-II, Fe₂O₃ = Fe^+III₂O^-II₃.

Ionanbindung

Meist is fiara Atom (energetisch) gscheida, dass a Bindung eigeht ois wia dass aloa existiat (bei Menschn is nix aundas). Des elektronegativare Element nimmt Elektronan vom elektropositivarn auf, des haßt, beide Atomsortn liagn nocha ionisiat vua. De Kationan (positiv glodn) und Aunionan (negativ glodn) übn a ungrichte elektrostatische Aunziachung (Kationan-Aunionan) bzw. Ohstoßung (Kationan-Kationan, Aunionan-Aunionan) aus. Des fiaht zua Ionankristoin mit ana periodischn Aunuadnung vo de Kationan und Aunionan, des san Soize wia z. B. NaCl. Ionankristoi san spröd, wäu se de gleich glodanan Ionan bei ana Vaschiabung ohstoßn.

Metoibindung

A Metoi hod a kloane Elektronanaffinität (EA). In an Metoigitta gem de Metoiatome eahna aißan Elektronan oh, de wos daun ois „Elektronangas“ delokalisiat zwischn de vabliabanan, positiav glodanan Atomrümpfn vualiagn. De Atomrümpf' uadnan se periodisch in an Metoigitta au; es Elektronangas hööts zaum und steht fia de Leitung vo elektrischm Strom zua Vafügung. Metoi san im Untaschiad zua an Ionankristoi guad vafuamboa.

Atombindung (kovalente Bindung)

Maunche Atome kennan se Elektronan täun, wauns a gmeinsaums Moleküüorbitoi duach Iwaloppung vo eahnare Atomorbitole büdn. De Bindung is raimlich gricht'; de Bindungslängan und da Bindungswingl kennan gmessn wean. De Atombindung kau apolar (bei gleichn Partnan) oda polar sei.

Wossastoffbrücknbindungan

Wossa is a polare, kovalente Vabindung. Da Sauerstoff is elektronegativa ois wia da Wossastoff, drum ziahgt a de Bindungselektronan stärka aun si. Des fiaht zua positiavn Partiäulodungan aum Wossastoffatom und zua negatiavn am Sauerstoff (Dipol). Drum kriagst schwoche elektrostatische Wechslwiakungen zwischn de Moleküü, des is a da Grund, warums Wossa so an hochn Siedepunkt hod (zan Vagleich H₂S: -60 °C, CH₄: -160 °C). Meak da: De Atombindung söwa wiakt innahoib vo an Moleküü, de Wossastoffbrücknbindungan wiakn zwischn zwoa Moleküün.

Chemische Reaktionen

Massneahoitungsgsetz

Es Massneahoitungsgsetz is 1758 vom Lavoisier aufgstööt wuan: „Die Summe der Massen der Edukte (Ausgangsstoffe) ist immer gleich der Summe der Massen der Produkte (Endstoffe).“ Des haßt, bei chemischn Reaktionsgleichungan muass auf da linkn Seitn de de söwe Auzoi vo jeda Atomsortn stehn wia auf da rechtn. In da Physik güüt des ned (Keanspoitung, Keanfusion).

Gsetz vo de konstauntn Propoationan

Es Gsetz vo de konstauntn Propoationen is 1797 vom Proust aufgstööt wuan: „Das Massenverhältnis der Elemente in einer definierten Verbindung ist immer konstant.“ Eh kloa, wäu aa's Vahöötnis vo de Atome in ana Vabindung konstant is. Beispü: Es Vahöötnis vo Na zu Cl in NaCl ist imma 23:35,5; es Vahöötnis vo Ca zu O in CaCO₃ is imma 40:48 [rel. Atommassen in u: Na (23); Cl (35,5); Ca (40); O (16)].

Stoffmengan

De Stoffmengan n is a Moß fia de Auzoi vo Täuchen. De Eiheit vo da Stoffmengan is Mol. 1 mol san 6,023 · 10²³ Täuchen, des san genauso vü, wia 12 g vom Isotop ¹²C. De Massn m vo an Mol aun gleichn Täuchen is de Molare Massn M (Molmassn). M = m/n.

Beispü CO₂: Wia vü wiagt oa Mol CO₂? Wia vü g Sauastoff und wia vü g Kuinstoff enthööt oa Mol CO₂?

1 mol CO₂ enthööt 6,023 · 10²³ CO₂ Moleküü. 1 mol CO₂ enthööt 6,023 · 10²³ C-Atome. 1 mol CO₂ enthööt 2 · 6,023 · 10²³ O-Atome.

Ausm PSE kriagt ma de Molmassn vom O: 16 g/mol und vom C: 12 g/mol. Draus rechnast da de Molmassn vom CO₂ aus: 12 + 2 · 16 = 44 g/mol.

1 mol CO₂ enthööt 44 g CO₂. 1 mol CO₂ enthööt 1 mol C, des san 12 g C. 1 mol CO₂ enthööt 2 mol O, des san (2 · 16) = 32 g O.

Beispü Brennan und Leschn vo Koik:

Koikbrennan: CaCO₃ → CaO + CO₂

Leschen vo Brauntkoik: CaO + H₂O → Ca(OH)₂

Wiavü kg CO₂ entstehn beim Brennan vo 500 kg Koik?
Wiavü Wossa vabraucht da dobei entstehende Brauntkalk theoretisch beim Leschn?

Relatiave Atommassn (ausm PSE): Ca = 40 u; O = 16 u; C = 12 u; H = 1 u. Draus brechnast da de Molmassn: M(CaCO₃) = 100 g/mol; M(CO₂) = 44 g/mol; M(CaO) = 56 g/mol; M(H₂O) = 18 g/mol

1 mol CaCO₃ liafat da 1 mol CO₂ → aus 100 g CaCO₃ kriagst 44 g CO₂ und aus 500 kg CaCO₃ kriagst 220 kg CO₂
1 mol CaCO₃ liafat da 1 mol CaO, des 1 mol H₂O bindt; aus 100 g CaCO₃ büdn se 56 g CaO, des wos 18 g H₂O bindt → aus 500 kg CaCO₃ büdn se 280 kg CaO, des wos 90 kg H₂O bindt.

Chemischs Rechnan wia des wos ma grod gmocht haum, nennt ma Stöchiometrie.

Massnwiakungsgsetz

Jede chemische Reaktion kaunst ois Gleichgeicht betrochtn, des Gleichgewicht kau owa seah untaschiadli liegn. Z. B.: Ioddaumpf (I₂) und Wossastoff (H₂) san in an Glaskuibn eigschlossn und reagian duach Zaumstessn zua Iodwossastoff (2 · HI). Waun gnua HI büdt wuan is, stessn aa HI-Moleküü zaum und wean wieda I₂ und H₂ büdn. Wo dass des Gleichgwicht liagt, wiad duachs Massnwiakungsgsetz bschriam:

K={\frac {[Produkte]}{[Edukte]}}

K={\frac {[HI]^{2}}{[H_{2}]\cdot [I_{2}]}}

mit:

K ... Gleichgwichtskonstauntn (hängt oh vo da Temperatua)
[i] ... Konzentration vom jeweilign Stoff [mol/l]

Bei schwaalöslichn Stoffn haßt de Gleichgewichtskonstauntn Löslichkeitsprodukt KLP.

A Spezialfoi san de oszilliarandn Reaktionan, des is a System wos ohwechslnd hi- und zruck reagiat, z. B.: de „Iod-Uhr“ (Briggs-Rauscher-Reaktion: KIO₃/H₂SO₄ + Malonsaire/MnSO₄/Stärke + H₂O₂) oda de Taktgebung vo unsam Heazschlog (Sinusknotn).

Prinzip vom kloanstn Zwaung

Le Chatelier (1884): „Übt man auf ein chemisches System im Gleichgewicht einen Zwang aus, so reagiert es so, dass die Wirkung des Zwanges minimal wird.“ z. B.: Ammoniaksynthese 3𝐻₂ + 𝑁₂ ↔ 2𝑁𝐻₃: Aus via Gasmoleküün wean zwoa – a Druckeahähung begünstigt de Reaktion.

Thermodynamik

De Thermodynamik sogt uns, ob a Reaktion iwahaupt owerennan kau.

Enthalpie (Wärmetönung) H [J]: gibt ihn Energieumsotz vo ana chemischn Reaktion au. Dobei wiads imma vo da Seitn vom System augschaut, des haßt, ΔH is negatiav bei ana Energieohgobm aun de Umgebung; z. B. de Schmöözenthalpie is de Wärmemengan, dest brauchst, um an Feststoff zan schmöözn.
Entropie S [J/K]: is de statistische Zoi vo de meglichn, energetisch gleichweatign Mikrozuaständ' vo an System. A System, des wos si söwa iwalossn is, kriagt a Maximum vo Entropie, wäu des aum woahscheinlichstn is.

De Fundamentoigleichung vo da Thermodynamik lautet:

Domit a chemische Reaktion owerennt, muass' exergon sei, des haßt, de freie Enthalpie G muass ohnehma.

\Delta G=\Delta H-T\cdot \Delta S

mit:

G ... freie Enthalpie [J]
H ... Enthalpie [J]
T ... Temperatua [K]
S ... Entropie [J/K]

Exotherme Reaktionan: ΔH is negatiav, des haßt, Energie (Wärme) wiad freigsetzt. Dabei kennan se hochg'uadnate Struktuan (niedrige Entropie) büdn, z. B. Fällungan/Kristallisationan.
Endotherme Reaktionan: ΔH is positiav, des haßt, Energie (Wärme) wiad aus da Umgebung aufgnomman, dabei muass de Entropie zuanehma, z. B. gasfeamige Reaktionsprodukte.

De Entropie nimmt mit da Temperatua zua, drum findn entropiebstimmte Reaktionan wia a Zafoi bei hechan Temparatuan statt und energiebstimmte Reaktionan wiara Kristillation bei ana tiafan.

Kinetik

De Kinetik sogt uns, wia schnö dass a Reaktion owerennt. De Gschwindigkeit vo ana Reaktion, bis se's Gleichgwicht eistööt, kau duach de Temperatua erhäht wean. Wäu waun de Moleküü schnölla schwingan, stessns efta mitaranaund zaum. Ois Faustregl kaunst heanehma: Eahehung um 10° is a Vadoppelung vo da Reaktionsgschwindigkeit.

v={\frac {-d[A]}{dt}}=k\cdot [A]

[A] ... Konzentration vom Stoff A
t ... Zeit
k ... Gschwindigkeitskonstauntn $k={\frac {A\cdot e^{-EA}}{R\cdot T}}$ (Arrhenius-Gleichung)
A ... Frequenzfaktoa
EA ... Aktiviarungsenergie
R ... oigmoane Gaskonstauntn
T ... Temperatua

Owa aa waunst de Konzentration, ihn Druck oda de Owaflächn eahehst, kaunst de Reaktion bschleinign.

Katalysatoan

„Ein Katalysator ist ein Stoff, der die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöht, ohne selbst dabei verbraucht zu werden und ohne die endgültige Lage des thermodynamischen Gleichgewichts dieser Reaktion zu verändern.“ —Wilhelm Ostwald

De freie Enthalpie ΔG nimmt während da Reaktion oh. Domit de Reaktion iwahaupt auhebt, muass easchta de Aktiviarungsenergie EA aufbrocht wean. Waun EA hecha is ois wia de Energie, de wos zua Vafügung steht (Wärme, Strohlung, …), nocha kauns ned owerenna. Beispü: Schwoazpuiva – ohne Zündung gibts koa Reaktion ned. Katalysatoan setzn de Aktiviarungsenergie owe, drum kennans de Reaktion stoak bschleinign. Es wiad nua de Reaktionskinetik, owa ned de Thermodynamik vaändat; de Gleichgwichtskonstauntn K bleibt unvaändat.

Sairn und Basn

Sairn san Stoffe, de wos Wossastoffionan (H+, Protonen) aun an Reaktionspartna ohgem kennan (Protonandonatoren). Basn (Laugn) san Stoffe, de wos Wossastoffionan aufnehman kenna (Protonanakzeptoren). Wossa kau ois a Protonandonator wia aa ois Protonanakzeptor wiakn, des haßt, es is amphoter. In wässrign Lösungan liagn solvatisiate (glöste) Protonan ois Oxoniumion (H₃O⁺) vua. Es Wossa reagiat ständig mit se söwa (Autoprotolyse), es dissoziiert täuweis zua Hydroxidionan (OH^-) und Oxoniumionan (H₃O⁺):

2 𝐻₂𝑂 ↔ 𝐻₃𝑂⁺ + 𝑂𝐻⁻

A Saire kau nua daun ois a Saire wiakn, waun a Basn zua Reaktion zua Vafügung steht (und umkeaht). In wässrign Lösungan steht's Wossa imma ois Reaktionspartna zua Vafügung, es reagiat beim Kontakt mit ana Sairn ois Basn oda beim Kontakt mit ana Basn ois Sairn. Beispü:

𝐻𝐶𝑙 + 𝐻₂𝑂 ↔ 𝐻₃𝑂⁺ + 𝐶𝑙⁻

Chlorwossastoff + Wossa ↔ Oxoniumion + Chloridion

𝑁𝐻₃ + 𝐻₂𝑂 ↔ 𝑁𝐻₄⁺ + 𝑂𝐻⁻

Ammoniak + Wossa ↔ Ammoniumion + Hydroxidion

Wiast siechst, reagiat da Chlorwossastoff eascht nochm Kontakt mim Wossa (oda ana aundan Basn) ois a Saire bzw. da Ammoniak reagiat eascht im Kontakt mim Wossa (oda ana aundan Saire) ois Basn. De Lösung vom Chlorwossastoff HCl (des is a Gas) im Wossa is de Soizsaire, de vom Ammoniak NH₃ (aa a Gas) im Wossa Ammoniumhydroxid (oda Ammoniakwossa, Salmiakgeist).

Soize

Reaktionsprodukte vo ana Sairn-Basn-Reaktion nennt ma Soize. Se bestehngan imma aus an negatiavn Anion (vo da Sairn) und am positiavn Kation (vo da Basn). Soize wean noch da zugrundeliagandn Sairn benaunt.

Z. B. de Soizsäure HCl reagiat mit da Basn Calciumhydroxid (Koikmüli) Ca(OH)₂, des eagibt es Soiz Calciumchlorid CaCl₂.

Sairestärkn und Basnstärkn

Irdndwaun stööt se a Gleichgwicht ei zwischn da linkn (z. B. HCl + H₂O) und da rechtn Seitn (z. B. H₃O⁺ + Cl^-). Je weida rechts dass es Gleichgwicht liagt (des haßt, waun meah H₃O⁺ büdt wiad), umso stärka is de Sairn. De Dissoziationskonstauntn vo da Sairn rechnast da mim Massnwiakungsgsetz aus, des is de Konzentration vo de Produkte duach de Konzentration vo de Edukte:

K_{S}={\frac {[A^{-}]\cdot [H_{3}O^{+}]}{[HA]}}

De Sairestärkn pK_S is da negatiave dekadische Logarithmus vo da Dissoziationskonstantn (ihn Logarithmus kennma eh scho vom Schoi).

pK_{S}=-lgK_{S}

Dessöwe güüt a fia Basn:

K_{B}={\frac {[BH^{+}]\cdot [OH^{-}]}{[B]}}

und

pK_{B}=-lgK_{B}

pH-Weat

In reinam Wossa is imma a Gleichgwicht zwischn dissoziiatn Moleküün und undissoziiatn:

2 𝐻₂𝑂 ↔ 𝐻₃𝑂⁺ + 𝑂𝐻⁻ (Autoprotolyse)

Mim Massnwiakungsgsetz kennan ma uns de Gleichgwichtskonstauntn ausrechna.

K={\frac {[OH^{-}]\cdot [H_{3}O^{+}]}{[H_{2}O]^{2}}}

Wäu se de Konzentration vom H₂O bei gleicha Temperatua ned wirkli ändat, kaunst des fire ziahn und so kriagst es Ionenprodukt vom Wossa:

K_{w}=K\cdot [H_{2}O]^{2}=OH^{-}\cdot H_{3}O^{+}=10^{-7}\cdot 10^{-7}=10^{-14}

bei 0 °C: K_w = 0,1 · 10⁻¹⁴ (pK_w = 14,939 = pH + pOH)
bei 25 °C: K_w = 1,0 · 10⁻¹⁴ (pK_w = 13,996)
bei 60 °C: K_w = 9,6 · 10⁻¹⁴ (pK_w=13,017)

Da pH-Weat (pondus hydrogenii) [dimensionslos] is da negative dekadische Logarithmus vo da Konzentration vo de Oxoniumionan [mol/l], da pOH-Weat is da negative dekadische Logarithmus vo da Konzentration vo de Hydroxidionan. Gaunz genau gnumma, is da pH-Weat da negative dekadische Logarithmus vo da Wossastoffionan-Aktivität.

pH=-lg[H_{3}O^{+}]

pOH=-lg[OH^{-}]

pH+pOH=14

z. B.: Da pH-Weat 0 haßt 1 mol H₃O⁺ pro Lita und 0,00000000000001 mol OH^- pro Lita, des entspricht an pOH-Weat vo 14. A pH-Weat vo 7 haßt neutroi, ois drunta is saua, ois driwa basisch (beim pOH-Weat is umkeaht).

Berechnung vom pH-Weat

Waun de Sairnstärkn bzw. Basnstärkn und de Konzentration bekaunt san, kaunst da ihn pH-Weat iwa de fuigendn Zaumanhäng' (näharungsweis) ausrechna.

Massenwiakungsgsetz: $K_{s}={\frac {c\left(\mathrm {A^{-}} \right)\cdot c\left(\mathrm {H_{3}O^{+}} \right)}{c\left(\mathrm {HA} \right)}}$
Ionenprodukt vom Wossa: $K_{w}=c\left(\mathrm {H_{3}O^{+}} \right)\cdot c\left(\mathrm {OH^{-}} \right)$
Massneahoitungssotz: $c_{0}=c\left(\mathrm {HA} \right)+c\left(\mathrm {A^{-}} \right)$
Lodungseahoitungssotz: $c\left(\mathrm {H_{3}O^{+}} \right)=c\left(\mathrm {A^{-}} \right)+c\left(\mathrm {OH^{-}} \right)$

Fia vaschiadn stoake Sairn hosd vaschiadene Fuamln:

Gaunz stoake Sairn (pK_S < 1): $c\left(\mathrm {H_{3}O^{+}} \right)=c_{0}=c\left(\mathrm {A^{-}} \right)$
Stoake Sairn (1 < pK_S < 4,5): $c\left(\mathrm {H_{3}O^{+}} \right)=-{\frac {K_{s}}{2}}+{\sqrt {{\frac {K_{s}^{2}}{4}}+K_{s}\cdot c_{0}}}$
Schwoche Sairn (4,5 < pK_S < 9): $c\left(\mathrm {H_{3}O^{+}} \right)={\sqrt {K_{s}\cdot c_{0}}}$
Gaunz schwoche Sairn (K_w ≈ K_S ∙ c₀): $c\left(\mathrm {H_{3}O^{+}} \right)={\sqrt {K_{s}\cdot c_{0}+K_{w}}}$

c(A) = [A] ... Konzentration vom Stoff A [mol/l]

Fia Basn vawendst de sööm Fuamln, nua stott H₃O⁺ setzt OH^- ei, und stottm K_S nimmst des K_B.

Neutralisation

Waun a Saire mit ana Basn vuiständig zua Soiz und Wossa reagiat, des a Neutralisation, de is stoak exotherm. Z. B. fia de Neutralisation vo 1 mol Schweflsaire (H₂SO₄) brauchst 2 mol Natriumhydroxid (NaOH).

Puffa

Puffa san Stoffe, zu denansd a Saire oda Basn dazuagem kaunst, ohne dass se da pH-Weat groß vaändat, z. B. Essigsaire (HAc, CH₃COOH) und Natriumacetat (NaAc, CH₃COONa); es Dissoziationsgleichgewicht is:

𝐻𝐴𝑐 + 𝐻₂𝑂 ↔ 𝐴𝑐⁻ + 𝐻₃𝑂⁺

Wauns Soiz vuiständig dissoziiat is, nocha kriagst: [NaAc] = [Ac^-], waunst a wengl H₃O⁺ - oda OH⁻ dazuagibst, ändert se zwoa es [HAc] bzw. [Ac^-] owa ned es [H3O⁺], des haßt, da pH-Weat bleibt relatiav konstaunt.

Schau aa

Literatua

Charles E. Mortimer: Chemie – Das Basiswissen der Chemie. Thieme, Stuttgart 2003, ISBN 3-13-484308-0.
Joachim Kranz, Manfred Kuballa: Chemie im Alltag. Cornelsen Scriptor, Berlin 2003, ISBN 3-589-21692-1.
Pedro Cintas: Der Weg zu chemischen Namen und Eponymen: Entdeckung, Priorität und Würdigung. In: Angewandte Chemie. 116(44) (2004), S. 6012–6018, doi:10.1002/ange.200330074.