Hi, hier chemweazle,
Zu
Berechnen Sie den PH-Wert der Lösung vor und nach dem Verdünnen.
Ein Liter mit c(NH3) = 0.1 mol/l und c(NH4+) = 0.05 mol/l wird mit Wasser auf ein Gesamtvolumen von 2 Litern verdünnt. Berechnen Sie den PH-Wert der Lösung vor und nach dem Verdünnen.
NH4(+) - NH3(aq) -Puffer
Es liegt ein Ammoniumchlorid, alternativ auch Ammoniumsalze mit Gegenionen starker Säuren: Ammonium-nitrat, Ammoniumsulfat, Ammoniak-Puffer vor.
Die konjugierte schwache Säure ist das Ammoniumion, NH4(+), pKs = 9,25, eine um 4 Zehnerpotenzen schwächere Säure, als die meisten Fruchtsäuren.
Die konjugierte Base ist Ammoniak, NH3(aq) eingesetzt als wässrige Lösung des Gases in Wasser.
Dissoziationsgleichgewicht der schwachen Säure NH4(+)
Reaktionsgleichung
NH4(+)(aq) ⇌ H(+)(aq) + NH3(aq)
Die Säurekonstante als Maß für die Gleichgewichtskonstante und die Säurestärke lautet:
$$Ks(NH_{4}^{(+)}) = \dfrac{[H^{(+)}]_{gl}\cdot [NH_{3}]_{gl}}{[NH_{4}^{(+)}]_{gl}}$$
Setzt man die Konzentrationen der konjugierten Säure und der konjugierten Base fest, d.h. man gibt die beiden Konzentrationen vor, so ist auch die Hydroniumionenkonzentration, [H(+)] festgelegt.
$$[H^{(+)}]_{gl} = Ks(NH_{4}^{(+)})\cdot \dfrac{[NH_{4}^{(+)}]_{gl}}{[NH_{3}]_{gl}}$$
Durch Logarithmieren und anschließender Multiplikation mit dem Faktor : ( - 1 ), ergibt sich die bekannte "Puffergleichung" nach Henderson und Hasselbalch.
$$pH = pks(NH_{4}^{(+)}) + log_{10}\left(\frac{[NH_{3}]}{[NH_{4}^{(+)}]}\right)$$
$$pH = pks(NH_{4}^{(+)}) + log_{10} (v)$$
Die [H(+)] liegt durch das Konzentrationsverhältnis von Konjugierter Säure und konjugierter Base fest. Bei gleichem Volumen ist das Konzentrationsverhältnis gleich dem Stoffmengenverhältnis.
$$v = \frac{[NH_{3}]}{[NH_{4}^{(+)}]} = \frac{n(NH_{3})\cdot V}{n(NH_{4}^{(+)})\cdot V}$$
Das Stoffmengenverhältnis bleibt auch beim Verdünnen auf ein größeresMischvolumen konstant.
$$v = \frac{0,1\cdot mol\cdot l}{0,05\cdot mol\cdot l} = \frac{2}{1} = 2$$
log10(2) = 0,30102999566398119521373889472449 ≈ 0,30103
pH = 9,25 + 0,30103 = 9,55103 ≈ 9,55 ≈ 9,6
Nach dem Verdünnen bleibt der pH-Wert unverändert, da sich das Stoffmengenverhältnis v durch das Verdünnen nicht ändert. Also v bleibt beim Verdünnen konstant und somit der pH-Wert.
Es sei denn, man verdünnt diesen Liter alkalischen Puffer im Ozean.
Vor dem Verdünnen betrugen die Konzentrationen [NH4(+)] = 0,05 mol /l und [NH3] = 0,1 mol /l.
$$v = \frac{0,1\cdot mol\cdot l}{0,05\cdot mol\cdot l} = \frac{2}{1} = 2$$
Nach dem Verdünnen auf 2 Liter Mischvolumen.
[NH4(+)] = 0,05 mol / 2 l und [NH3] = 0,1 mol / 2 l
$$v= \frac{0,1\cdot mol\cdot 2\cdot l}{0,05\cdot mol\cdot 2\cdot l} = \frac{2}{1} = 2$$
