pH-Wert?

Hey, ich komme bei dieser Aufgabe nicht weiter, kann mir jemand helfen?

Regen hat normalerweise einen pH-Wert von 4,5. In saurem Regen hat man schon den pH-Wert 3,5 gemessen. Welcher Konzentrationsunterschied an Wasserstoff-lonen liegt vor? Was bedeutet saurer Regen für die Umwelt?

Answer 1

[KHLange]

Nach meiner Erfahrung wird an den Schulen vielfach das Rechnen mit Logarithmen vernachlässigt; das ist nicht Deine Schuld. Stellen wir also die Definitionsgleichung der Definition der Wasserstoffionenkonzentration um. Ich bin der Meinung, dass auch die Schreibweise H3O+ nur eine Vereinfachung ist, denn das Hydronium-Ion ist viel komplizierter.

Wenn also vereinfacht wird, dann gleich: pH = -lg(c(H+)), umgestellt nach c(H+) kommen wir zu c(H+) = 10^pH.

Bei pH 4,5 ergibt sich dann c(H+) = 10^(-4,5) = 3,16*10^(-5)

Bei pH 3,5 ergibt sich c(H+) = 10^(-3,5) = 3,16 * 10^(-4)

Der Konzentrationsunterschied ist also 3,16*10^(-4) - 3,16*10^(-5); man kann die 3,16 ausklammern und erhält:

Delta c = 3,16 [10^(-4) - 10^(-5)] = 2,84 * 10^(-4) mol/L

Bei pH 3,5 ist die Wasserstoff-Ionen-Konzentration also 10-mal so hoch

wie bei pH 4,5.

Ein Tipp zur Berechnung, da die gute alte Logarithmentafel je wohl aus der Mode gekommen ist: Klicke den Windows-Taschenrechner an und suche den Modus "wissenschaftlich". Für 10^(-4,5) also 10 hoch minus 4,5 gib 4,5 ein, klicke +/- (zweites Feld von links untere Reihe) an. Dann bekommst Du -4,5. Klicke nun 10^x an (5.Reihe, 1.Feld links). Dann erhälts Du 3,16...e-5. e steht hier nicht für die Eulersche Zahl, der Basis der natürlichen Logarithmen (ln), sondern für exp, also 10 hoch (-5).

Noch etwas zur Schreibweise des Hydronium-Ions. Korrekt hätte man die Formel:

[(H2O)n]H^(+) in der Krüppelschreibweise dieses lausigen Editors schreiben müssen. Dabei ist n=f(theta) mit einer Menge der Natürlichen Zahlen zwischen 1 und 8 und einem Maximum (n = 8) von theta = 4°C. H3O+ ist also ein Sonderfall für n=1 und wird auch als Oxonium-Ion bezeichnet. Das musst Du aber nicht wissen, es soll meine Schreibweise c(H+) nur gegenüber Kritik aus diesem Forum absichern.

n=1

Woher ich das weiß: Studium / Ausbildung

Answer 2

[DedeM]

Moin,

wo hast du denn den pH-Wert von natürlichem Regenwasser her? Klar, der pH-Wert von Regenwasser schwankt regional (es kommt darauf an, aus welchen Gasen sich die Luft konkret zusammensetzt, in der der Regen fällt). Aber zumindest hier in Deutschland hat Regen normalerweise einen (durchschnittlichen) pH-Wert von 5,5 bis 5,8...

Aber okay, gehen wir davon aus, dass deine Werte vorgegeben sind. Die pH-Werte 3,5 und 4,5 unterscheiden sich um eine pH-Einheit. Das entspricht einer Verdünnung von 1:10. Du kannst also schon einmal sagen, dass etwa zehnmal so viele Oxoniumionen im sauren Regen mehr sein werden.

Die genauen Konzentrationen errechnest du über die Formel

pH = –lg [H3O^+]

wobei dein pH-Wert bekannt ist (3,5 bzw. 4,5), –lg der negativierte Wert des dekadischen Logarithmus ist (das x in 10^x) und [H3O^+] deine bis dahin jeweils unbekannte Konzentration an Oxoniumionen ist. Ausrechnen, vergleichen, fertig...

Zur Bedeutung von saurem Regen:

Saurer Regen

Allgemeines

• von saurem Regen spricht man, wenn die Niederschläge einen geringeren pH-Wert haben als natürliches Regenwasser in unbelasteter Atmosphäre (der natürliche pH-Wert von Regenwasser liegt zwischen 5,5 und 6)
• bei der direkten Schädigung von Pflanzen noch wirkungsvoller als saurer Regen sind saure Nebel, weil sie erstens meist saurer sind als Regenwasser und zweitens die Einwirkzeit anhaltender ist

Ursachen

• Ursache für beide Phänomene sind Luftverschmutzungen durch Nichtmetalloxide (Schwefeloxide, Stickoxide, zusätzliches Kohlenstoffdioxid und geringfügig Phosphoroxide)
• chemische Ursache ist die allgemein gültige Reaktion: Nichtmetalloxide + Wasser ---> Säure
• die schwefelhaltigen Säuren machen etwa 63% der Wirkung des sauren Regens aus, die stickstoffhaltigen Säuren circa 30%; die restlichen Säuren sind dann zusammen für ungefähr 7% Wirkung verantwortlich
• Schwefeloxide entstehen beim Verbrennen schwefelhaltiger fossiler Brennstoffe, die – wenn sie ungefiltert in die Atmosphäre gelangen – mit dem Wasserdampf in der Atmosphäre reagieren
• Stickoxide entstehen beim Verbrennen von Kraftstoffen und fossilen Brennstoffen
• Kohlenstoffdioxid ist natürlicherweise in der Luft, aber beim Verbrennen fossiler Brennstoffe durch den Menschen steigt die Konzentration von Kohlenstoffdioxid stark an
• in Deutschland (und vielen anderen europäischen Ländern) gibt es mittlerweile strenge Gesetze, die Filteranlagen bzw. Katalysatorsysteme zur Vermeidung von Nichtmetalloxiden vorschreiben
• leider ist aber aufgrund der Luftdurchmischung durch Winde die Luftverschmutzung ein grenzenüberschreitendes Phänomen (Stichwort transnationale Luftverschmutzung in Ostasien)

Folgen

• saurer Regen (Nebel) schädigt direkt (Pflanzen, Böden oder Gebäude) durch seine ätzende Wirkung
• saurer Regen (Nebel) schädigt indirekt (Pflanzen, Gewässer)
• die direkte Schädigung von Pflanzen betrifft vor allem die Blätter; sie werden durch die Säure geschädigt und womöglich abgeworfen (auch Nadeln) – das führt über eine Kronenverlichtung zu einer Wipfeldürre bis hin zum Absterben des Baums
• vor allem Kalksteingebäude oder Gebirge werden direkt zerstört, weil sich Kalk (Calciumcarbonat) in Säuren auflöst: CaCO₃ + 2 HNO₃ ---> Ca(NO₃)₂ + H₂CO₃; Kohlensäure ist instabil; sie zerfällt rasch in Kohlenstoffdioxid und Wasser: H₂CO₃ ---> H₂O + CO₂; das ebenfalls entstehende Calciumnitrat ist seinerseits wasserlöslich, so dass sich der Kalkstein letztlich regelrecht auflöst
• schlimmer noch als die direkte Schädigung der Pflanzen durch die Säuren wirkt sich die indirekte Schädigung über den Boden aus
• saurer Regen führt zur Übersäuerung des Bodens
• dadurch wird die natürliche Zusammensetzung gestört; so werden beispielsweise giftige Schwermetallionen oder Aluminiumionen aus Gesteinen ausgelöst, die dann die Feinwurzeln von Pflanzen absterben lassen; das führt zu einem gestörten Wasserhaushalt, wodurch die Pflanzen geschwächt und anfälliger für Krankheiten, Parasiten- oder Pilzbefall werden
• gleichzeitig erfolgt ein Auswaschen von Mineralien aus dem Boden, so dass auch die Nährsalzversorgung stark beeinträchtigt wird (die Pflanzen verhungern regelrecht)
• es kommt darüber hinaus zu einer Belastung von Grundwasser und Gewässern
• einerseits erfolgt ein Säureeintrag in die Gewässer (direkt über den Regen, indirekt über belastete Zuflüsse), der die Biozönose verändert oder sogar völlig zerstört (abhängig von der Konzentration)
• andererseits wird auch das Wasser durch ausgelöste Metallkationen schwer belastet (Aluminium)

Bekämpfung

• eine Bekämpfung der Symptome kann durch das Ausbringen von Kalk erreicht werden (in der Schweiz verboten); das neutralisiert die Wirkung der Säure (siehe oben)
• eine Bekämpfung der Ursachen erfolgt einmal über die Entschwefelung der fossilen Brennstoffe (entweder durch Filtersysteme nach der Verbrennung oder – im Falle der Kraftstoffe – durch komplizierte Verfahren vor der Verbrennung)
• die Beseitigung des Stickstoffanteils in Abgasen ist weit komplizierter; zu einem relativ großen Teil gelingt das mit Hilfe geeigneter Katalysatoren; im Falle von Autos wäre jedoch ein wirkungsvolleres Vorgehen das Umsteigen auf Elektromotoren

Alles klar?

LG von der Waterkant

Answer 3

[DuhastRecht525]

pH = -lg(c(H3O+))

Die Gleichung kannst du nach der Konzentration umstellen und dann die verschiedenen pH-Werte einsetzen.

Woher ich das weiß: Hobby – Die Leidenschaft dafür bescherte mir viele schöne Erlebnisse