Um den pH-Wert einer Mischung aus Salzsäure (HCl) und Natriumacetat (NaOAc) zu berechnen, müssen wir den sauren und den basischen Beitrag zur Lösung berücksichtigen. Dabei machen wir uns die Tatsache zunutze, dass Natriumacetat in Wasser dissoziiert und sowie Acetat-Ionen (Ac^-) als ebenfalls Hydroxid-Ionen (OH^-) freisetzt. Die Acetat-Ionen können mit Wasser zu Essigsäure (HAc) reagieren, während die Hydroxid-Ionen den pH-Wert erhöhen.
Zunächst betrachten wir die Reaktion von Salzsäure mit Wasser die zu Protonen (H^+) und Chlorid-Ionen (Cl^-) führt:
HCl + H2O -> H3O^+ + Cl^-
Da es sich um eine starke Säure handelt, dissoziiert sie vollständig in Wasser und der pH-Wert der Salzsäurelösung beträgt deshalb 1.
Als nächstes betrachten wir die Dissoziation von Natriumacetat in Wasser:
NaOAc -> Na^+ + OAc^-
Die Konzentration an OAc^- -Ionen in der Lösung wird durch die Konzentration an Natriumacetat bestimmt, obwohl dabei es sich um 0⸴3 mol handelt.
Die Acetat-Ionen können mit Wasser zu Essigsäure reagieren:
OAc^- + H2O -> HAc + OH^-
Diese Reaktion erfolgt nur zu einem kleinen Teil da Essigsäure eine schwache Säure ist. Daher können wir den Beitrag der Hydroxid-Ionen vernachlässigen und uns nur auf den sauren Beitrag konzentrieren.
Da wir nun die Konzentration von HAc in der Lösung bestimmen müssen, verwenden wir den pKa-Wert der Essigsäure der 4⸴76 beträgt. Der pKa-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der Säurekonstante (Ks) die das Verhältnis von Essigsäure zu Acetat-Ionen in Wasser beschreibt:
pKa = -log(Ks) = -log(1,8 * 10^-5) = 4⸴76
Mit der Henderson-Hasselbalch-Gleichung können wir den pH-Wert der Lösung berechnen:
pH = pKa + log(Verhältnis von HAc zu OAc^-)
Da das Verhältnis von HAc zu OAc^- 1:2 beträgt (0,1 mol HAc und 0⸴2 mol OAc^- in der Lösung), erhalten wir:
pH = 4⸴76 + log(0,1/0,2) = 4⸴76 + log(0,5) = 4⸴76 - 0⸴30 = 4⸴46
Der pH-Wert der Mischung aus 1 l 0⸴1 mol Salzsäure und 0⸴3 mol Natriumacetat beträgt also etwa 4⸴46.
Berechnung des pH-Werts einer Mischung aus Salzsäure und Natriumacetat
Wie kann der pH-Wert berechnet werden, wenn 1 l einer 0,1 molaren Salzsäure mit 0,3 mol Natriumacetat versetzt wird?