pH-Wert, Konzentrationseinheiten und Dissoziationsgrad einer Säure- oder Basenlösung — oder das für einen Ziel-pH benötigte Neutralisationsvolumen mit Reaktionswärme, z. B. für die Abwasserneutralisation. Starke und schwache Elektrolyte; Formeln und Grenzen unter dem Rechner.
Wässrige Lösungen, ideal, 25 °C — mehrprotonige schwache Säuren genähert
Säure/Base: pH & Neutralisation
pH-Wert, Konzentrationseinheiten und Dissoziationsgrad einer Säure- oder Basenlösung — oder das für einen Ziel-pH benötigte Neutralisationsvolumen (mit Reaktionswärme). Starke und schwache Elektrolyte über einen Ladungsbilanz-Löser.
pH-Wert:
[H⁺]+[BH⁺] = [OH⁻]+[A⁻] (Ladungsbilanz), pH = −log₁₀[H⁺];
Dissoziationsgrad α, Neutralisationswärme Q = −ΔH·n.
Hinweis: Das Ergebnis dient der ersten Orientierung und ersetzt keine sicherheitstechnische Beurteilung im Einzelfall; es ist kein Gutachten. Für verbindliche Aussagen sind die konkreten Stoff- und Betriebsdaten sowie die einschlägigen Regelwerke heranzuziehen.
Dokumentation & fachlicher Hintergrund
1. pH aus der Ladungsbilanz
Der pH folgt aus der Ladungsbilanz unter Berücksichtigung der Dissoziationsgleichgewichte und der Autoprotolyse des Wassers:
[H⁺] + [BH⁺] = [OH⁻] + [A⁻]
[A⁻] = c_S·K_S/(K_S+[H⁺]), [BH⁺] = c_B·[H⁺]/([H⁺]+K_w/K_B), [OH⁻] = K_w/[H⁺]
Diese Form gilt für starke Elektrolyte (großes K_S/K_B, vollständige Dissoziation) ebenso wie für schwache (endliches K_S/K_B) und ist auch bei starker Verdünnung korrekt. Der Dissoziationsgrad ist α = K_S/(K_S+[H⁺]) (Säure) bzw. α = [H⁺]/([H⁺]+K_w/K_B) (Base).
2. Konzentrationseinheiten
Umrechnung über die molare Masse M und (für Massenprozent) die Dichte ρ:
c[g/L] = c[mol/L]·M, m/m % = c[g/L] / (ρ[g/mL]·10)
Die Dichte ist nur für die Umrechnung von/zu m/m % nötig und ist konzentrationsabhängig — für konzentrierte Lösungen den realen Wert eingeben (z. B. 37 % HCl: ρ ≈ 1,18 g/mL → ≈ 12 mol/L).
3. Neutralisieren & Reaktionswärme
Im Modus Neutralisieren wird das Reagenzvolumen gesucht, bei dem die Mischung den Ziel-pH erreicht (numerisch aus dem pH der Mischung bestimmt). Die Reaktionswärme wird für starke Säure + starke Base aus der Standard-Neutralisationsenthalpie berechnet:
Q = −ΔH_neutr · n mit ΔH_neutr = −57,3 kJ/mol; ΔT = Q / (m·c_p), c_p = 4,18 J/(g·K)
n = neutralisierte Stoffmenge (H⁺≈OH⁻), m = Masse der Mischung. Für schwache Elektrolyte weicht die Neutralisationsenthalpie ab (Dissoziationsanteil) — dann wird keine Wärme ausgewiesen.
4. Annahmen & Grenzen
- Ideale Lösung, 25 °C: Aktivität = Konzentration, K_w = 1·10⁻¹⁴; bei hohen Ionenstärken und anderen Temperaturen treten Abweichungen auf.
- Mehrprotonige schwache Säuren (z. B. Phosphorsäure) sind über eine effektive 1. Stufe genähert; starke mehrprotonige (H₂SO₄) über die Wertigkeit z als vollständig dissoziiert.
- Reaktionswärme nur für starke Säure + starke Base; Verdünnungs-/Lösungswärme und Wärmeverluste sind nicht enthalten.
- Keine dissoziierenden Sonderfälle wie Amphotere/Puffergemische mehrerer Komponenten.
5. Quellen & Stand
Säure-Base-Gleichgewichte, pKs/pKb-Werte und Neutralisationsenthalpie: allgemeine chemische Fachliteratur (z. B. CRC Handbook, Riedel/Janiak, Mortimer). K_w = 1·10⁻¹⁴ bei 25 °C.
Stand: 2026-07.