Berechung des pH-Wertes für die Bestimmung der Gefahrenklasse eines Stoffes

Gemäß der internationalen Definition ist pH-Wert ein Maß für die Konzentration der Wasserstoffionen in einer wässrigen Lösung. Der pH-Wert entspricht dabei mathematisch dem negativen dekadischen Logarithmus der Konzentration an Wasserstoffionen (pH = -log (H+))

Ist der pH-Wert kleiner als 7, so liegt eine saure Lösung vor, liegt der pH-Wert über dem Wert 7, so liegt eine basische Lösung vor. Der pH-Wert von wässrigen Lösungen lässt sich in der Regel durch die (Ausgangs) Konzentration der verwendeten Säure berechnen. Je nachdem, ob eine starke oder schwache Säure vorliegt, werden unterschiedliche Berechnungsformeln verwendet:

Einteilung der Säuren

Säuren lassen sich näherungsweise in starke und schwache Säuren einteilen. Die Einteilung beruht dabei näherungsweise auf dem pKs-Wert der Säure. Die Säurekonstante pKs gibt an, in welchem Maße eine Säure (in wässriger Lösung) mit Wasser reagiert. Daher ist die Säurekonstante ein Maß für die Stärke einer Säure.

  • pKs < 0 starke Säure
  • pKs 0 bis 4 mittelstarke Säure
  • pKs 4 bis 9 schwache Säure
  • pKs > 9 sehr schwache Säure

    • pH-Wert starker Säuren

    Liegt eine starke Säure vor, gilt dass starke Säuren praktisch vollständig dissoziiert vorliegen. Die Säure hat also vollständig ihre Wasserstoffionen abgegeben. Daher ist die Konzentration der Wasserstoffionen gleich der Ausgangskonzentration der verwendeten Säure. Für die Berechnung des pH-Wertes gilt: pH = -log (Ausgangskonzentration Säure)

    pH-Wert schwacher Säuren

    Liegt eine schwache Säure vor, so dissoziieren diese nicht vollständig. Daher entspricht die Konzentration an Waserstoffionen in der Lösung nicht der Konzentration der Säure. Ein Teil der Wasserstoffionen ist noch an die Säure gebunden. Wie „stark“ die Säure die Wasserstoffionen (= Protonen) abgibt, hängt von der Säurestärke (dem Ks bzw. pKs-Wert der Säure ab. Für die Berechnung des pH-Wertes gilt: pH = 0,5 (pKs – log (Konzentration Säure))

    Bedeutung im Rahmen der Einstufung von Gefahrstoffen

    Die Einstufung eines Stoffes (als gefährlicher Stoff) basiert auf den Einstufungskriterien der CLP-Verordnung. So kann ein Stoff bzw. Gemisch als ätzend für die Haut, Kategorie 1, eingestuft werden, wenn der pH-Wert kleiner als 2 bzw. der pH-Wert größer als 11,5 ist.

    Beispiel: Chlorwasserstoffsäure (= Salzsäure) hat einen pKs-Wert von -7. Daher ist Salzsäure auch als starke Säure anzusehen. Haben wir nun eine 0,1 molare Salzsäure, so ist der pH-Wert dieser Lösung pH = - log (0,1) = 1. Salzsäure kann also als ätzend für die Haut (Kategorie ) eingestuft werden.

    pKs-Werte bekannter Säuren

  • Iodwasserstoffsäure, pKs = -11
  • Perchlorsäure, pKs = -10
  • Bromwasserstoffsäure, pKs = -9
  • Chlorwasserstoffsäure, pKs = -7
  • Schwefelsäure, pKs = -3
  • Salpetersäure, pKs = -1,3
  • Schweflige Säure, pKs =1,8
  • Phosphorsäure, pKs = 2,1
  • Fluorwasserstoffsäure, pKs =3,1
  • Salpetrige Säure, pKs = 3,4
  • Methansäure, pKs = 3,8
  • Ethansäure, pKs =4,8
  • Kohlensäure, pKs = 6,5
  • Schwefelwasserstoff, pKs =6,9
  • Ammoniumion, pKs = 9,2
  • Cyanwasserstoffsäure, pKs = 9,4
  • Wasser, pKs = 15,7
  • Ammoniak, pKs = 23