Die prozentuale Ionisierung gibt an, wie viel einer schwachen Säure oder Base tatsächlich in Ionen gespalten wird, sobald sie in Lösung das Gleichgewicht erreicht – im Gegensatz zu starken Säuren und Basen, die im Wesentlichen als zu 100 % ionisiert behandelt werden. Dieser Rechner geht von Ka oder Kb und einer Startkonzentration bis hin zur prozentualen Ionisierung, den Gleichgewichtsionenkonzentrationen und dem pH-Wert und wählt dabei automatisch die richtige Mathematik aus.
Warum schwache Säuren nicht vollständig ionisieren
Eine schwache saure HA stellt ein Gleichgewicht mit ihrer eigenen konjugierten Base her: HA(aq) ⇌ H⁺(aq) + A⁻(aq). Im Gegensatz zu einer starken Säure wie HCl, die angeblich im Wesentlichen vollständig dissoziiert, spiegelt der Ka-Wert einer schwachen Säure – normalerweise weit unter 1 – wider, dass nur ein Bruchteil der ursprünglichen HA-Moleküle im Gleichgewicht auseinanderbricht. Die gleiche Logik gilt für schwache Basen über Kb, nur dass Wasser als Protonendonor fungiert und nicht die Säure, die direkt ein Proton spendet.
Zwei Möglichkeiten, nach x aufzulösen, und wann jede davon zutrifft
Die Gleichgewichtskonzentration der ionisierten Spezies, x, erfüllt K = x² / (C − x). Um dies genau zu lösen, ist die quadratische Formel erforderlich, aber für viele schwache Säuren und Basen ist x relativ zu C klein genug, dass C − x ≈ C, vereinfacht zu x ≈ √(K·C). Dieser Rechner überprüft das Ergebnis der Näherung selbst: Wenn mehr als etwa 5 % Ionisierung vorhergesagt werden, ist die dahinter stehende Annahme (x ≪ C) nicht mehr sicher, sodass der Rechner stattdessen die exakte quadratische Gleichung x² + Kx − KC = 0 neu auflöst. Diese automatische Prüfung ist wichtig, da die Verwendung der Näherung außerhalb ihres gültigen Bereichs die tatsächliche Ionisierung um mehrere Prozentpunkte überbewerten kann, wie im obigen Beispiel für starkes Ka gezeigt.
Ablesen der prozentualen Ionisierung, des Gleichgewichts und des pH-Werts zusammen
Der Prozentsatz der Ionisierung allein sagt Ihnen, wie „schwach“ sich eine Säure oder Base unter der von Ihnen eingegebenen spezifischen Konzentration verhält – derselbe Ka kann bei unterschiedlichen Konzentrationen sehr unterschiedliche prozentuale Ionisierungswerte erzeugen, weshalb die Verdünnung den Prozentsatz messbar verschiebt, obwohl sich Ka selbst nie ändert. Die ICE-Tabelle der Registerkarte „Gleichgewicht“ zeigt genau, wie sich die Anfangskonzentration in die nicht reagierten und ionisierten Anteile aufteilt, und die Registerkarte „pH“ wandelt diese Gleichgewichts-Ionenkonzentration in die alltägliche Säureskala um. Da [H+][OH-] = 1,0×10⁻¹⁴ bei 25°C, ergibt die Eingabe des Kb einer Base immer noch ein vollständiges pH/pOH-Bild, nicht nur pOH.
Grenzen und Randfälle
Dieser Rechner geht von einem einzelnen, einfachen Gleichgewicht schwacher Säuren oder schwacher Basen bei 25 °C in verdünnter wässriger Lösung aus – er modelliert keine polyprotonen Säuren (bei denen ein zweiter oder dritter Ionisierungsschritt wichtig ist), Puffersysteme mit einem signifikanten gemeinsamen Ioneneffekt oder bei hoher Ionenstärke erforderliche Aktivitätskoeffizientenkorrekturen. Bei starken Säuren/Basen wird die prozentuale Ionisierung herkömmlicherweise als ~100 % betrachtet und diese kleine x/quadratische Maschinerie findet keine Anwendung. Überprüfen Sie bei Labor- oder Hausaufgaben, die eine genaue Übereinstimmung mit der Rundung eines Lehrbuchs erfordern, immer den spezifischen Ka/Kb-Wert, den Ihre Quelle verwendet, noch einmal, da die veröffentlichten Dissoziationskonstanten zwischen den Referenzen leicht variieren.