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Pufferlösungen, weitere Aspekte

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Warum kann bereits 1 Tropfen HCl den pH-Wert von dest. Wasser schlagartig verändern?

Zur Beantwortung dieser Frage machen wir mal eine kleine Rechnung.

Stellen Sie sich 1 Liter dest. Wasser vor. Die Konzentration der Oxonium-Ionen beträgt hier exakt 10-7 mol/l.

Nun geben wir 1 Tropfen Salzsäure der Konzentration 1 mol/l in das Wasser. Das Volumen eines Tropfens liegt zwischen 1/20 und 1/40 ml. Nehmen wir mal den Mittelwert, also 1/30 ml.

In 1 Liter der Salzsäure befindet sich eine Stoffmenge n(HCl) = 1 mol. 1 ml der Säure enthält also 1/1000 mol bzw. 0,001 mol HCl, und ein Tropfen entsprechend 0,000033 mol bzw. 10-4,47 mol. Da Salzsäure eine starke Säure ist, sind alle HCl-Moleküle dissoziiert, und es gilt für den Tropfen HCl:

n(H3O+) = n(HCl) = 10-4,47 mol

Die Stoffmenge n(H3O+) in dem Liter dest. Wasser beträgt genau 10-7 mol. Das ist also deutlich weniger, als sich in dem einen Tropfen Salzsäure befindet.

Mit dem 1 Tropfen Salzsäure gibt man nun 10-4,47 mol dazu, n(H3O+) steigt damit auf einen Wert von 10-4,48 mol an. Entsprechendes gilt für die Konzentration c(H3O+), sie hat jetzt einen Wert von 10-4,48 mol/l.

Der pH-Wert des dest. Wasser sinkt durch die Zugabe von 1 Tropfen HCl also von 7,00 auf 4,48.

Wenn wir schon mal dabei sind: Wie stark wird der pH-Wert durch einen weiteren Tropfen Salzsäure verändert?

Die Stoffmenge n(HCl) in der Lösung verdoppelt sich, sie liegt jetzt bei 2 * 10-4,48 mol = 10-4,176 mol. Der pH-Wert sinkt also auf rund 4,2, wenn man einen weiteren Tropfen HCl in die Lösung gibt.

Der erste Tropfen hatte also einen weit größeren Einfluss auf den pH-Wert als der zweite Tropfen.