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Mittwoch, 29. Mai 2013, 15:43

Berechnung von Säure - Base - Gleichgewichten

Aufgaben zur Berechnung von pH - Werten erschöpfen sich nicht selten darin, dass man aus einer Formelsammlung wie der Folgenden die passende Lösungsformel herauszufinden sucht :



Hier stellt sich für mich die Sinnfrage. Denn das Berechnen von pH - Werten erscheint mir nicht als Zweck an sich. Mir jedenfalls ist nicht erinnerlich. dass bei der Unzahl diesbezüglicher Berechnungen, die ich jemals durchgeführt habe, auch nur eine einzige durch eine laborpraktische Notwendigkeit veranlasst gewesen wäre. Denn tatsächlich ging es immer nur darum , eine Aufgabe zu lösen, deren Text am "grünen Tisch" entstanden war.
Was also kann der Sinn derartiger Übungen sein ? Ich meine, dass durch solche Berechnungen das Verstehen des chemischen Gleichgewichts flankiert und gefördert werden soll. Dies aber kann nur gelingen, wenn die Aufgabentexte dem entsprechend gestaltet sind und der Lernende aufgefordert und angeleitet wird, die zu Grunde liegende Gleichgewichtsproblematik auch qualitativ zu reflektieren . Was aber bei einer Löseoperation der Art, "Formel suchen, einsetzen und ausrechnen" , nicht einmal ansatzweise gewährleistet ist.
So kann ich schon den logarithmierten Formen von Lösungsformeln nicht viel abgewinnen. Aber wenn sie schon als Standardformen fungieren, dann sollte den Lernenden hinreichend deutlich gemacht werden,

a) wie man die Lösungsformeln aus den jeweiligen Massenwirkungsbeziehungen erhält
b) welche Anwendungsbereiche sich aus den dabei vorgenommenen Näherungen ergeben.


Reines Wasser

In diesem Sinne sollte es erst einmal um den einfachst möglichen Fall des reinen Wassers gehen, also um diese Gleichgewichtsreaktion , bei der ich persönlich die ARRHENIUS - Form bevorzuge , aber in Erkenntnis meiner Minderheitsposition auch die Alternative nach BRÖNSTED formulieren werde :

\[ Arrhenius \ \ \ \ : \ \ H_2O_{(l)} \ \ \ \ <<<<<<<-> \ \ \ \ \ H^+_{(aq)} \ + \ OH^-_{(aq)} \ \ \ \ \ \ \ \] \[ Brönsted \ \ : \ \ 2 \ H_2O_{(l)} \ \ \ \ \ <<<<<<<-> \ \ \ \ \ H_3O^+_{(aq)} \ + \ OH^-_{(aq)} \ \ \ \ \ \]


Zugegeben, die vorstehende Schreibweise ist in Bezug auf die Gleichgewichtspfeile nicht korrekt, hat aber im Vergleich zur korrekten Notation den Vorteil einer weitergehenden Differenzierungsmöglichkeit bei Unterschieden in den Gleichgewichtslagen .








Man erkennt, dass sich die Gleichungen für das Ionenprodukt \[ K_w \ = \ c_{H^+} \ \ \cdot \ c_{OH^-} \ \ bzw. \ \ K_w \ = \ c_{H_3O^+} \ \cdot \ c_{OH^-}\] nur darin unterscheiden, dass in der auf der Säure/Base - Definition nach ARRHENIUS basierenden Variante auf die Konzentration der Wasserstoffionen Bezug genommen wird, während man gemäß der BRÖNSTED - Definition auf die Konzentration der Oxoniumionen zu beziehen hat. Ein Unterschied, der sich im Grunde auf die Formalität verschiedener Schreibweisen für die gleiche Spezies reduziert, nämlich "Wasserstoffionen, die an eine nicht genau definierbare Zahl von Wassermolekühlen gebunden sind". Die BRÖNSTED - Variante also nicht nur ein Mehr an Schreibarbeit erfordert, sondern auch noch den unzutreffenden Eindruck vermittelt, dass jedes Wasserstoffion genau ein Wasserstoffmolekül binden würde, die Hydratationszahl des Wasserstoffions also gleich "Eins" sei.



Berechnung des pH - Werts : Eine Bestimmungsgleichung ist die Ladungsbilanz, die auf der sogenannten Elektroneutralitätsbedingung basiert, die besagt, dass in jeder wässrigen Lösung die Gesamtzahl der negativen Elementarladungen gleich sein muss der Gesamtzahl der positiven Elementarladungen.\[ Ladungsbilanz \ \ : \ c(H^+) \ = \ c(OH^-)\]
Setzt man also dem entsprechend in die Gleichung für das Ionenprodukt des Wassers ein. so erhält man :

\[ K_w \ = \ c(H^+) \ \cdot \ c(OH^-) \ = \ c^2(H^+) \ \ \ \ => \ c(H^+) \ = \ \sqrt {Kw} \]

\[ pH \ = \ - \ lg \ [ \ \frac {c(H^+)}{\frac{mol}{L} } \ ] \ = \ \frac {1}{2} \ lg \ [ \ \frac {K_w}{\frac {mol^2}{L^2}} \ ] \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ ^{1)} \]

Die Konstante Kw ist noch von der Temperatur abhängig. Die Neutralisationsreaktion \[ H^+_{(aq)} \ + \ OH^-_{(aq)} \ \to \ H_2O _{(l)} \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \Delta_rH_0^0 \ = \ - \ 57,3 \ \frac{kJ}{mol} \] ist deutlich exotherm, die Dissozziation als Umkehreaktion der Neutralisation also dem zu Folge endotherm, so dass sich die Lage des Gleichgewichts mit steigender Temperatur zu Gunsten der Ionen verschiebt. Was seinen Ausdruck darin findet, dass der Wert von Kw mit steigender Temperatur zunimmt. So betragen \[ K_w ( 298 \ K ) \ = \ 10^{-14} \ \frac{mol^2}{L^2} \] \[K_w ( 373 \ K ) \ \approx \ 10^{-12} \ \frac{mol^2}{L^2}\] Was für 298 K = 25°C einen pH - Wert = 7 und für 373 K = 100°C einen pH - Wert von etwa 6 bedeutet.


Für die Konzentration der Hydroxidionen gilt für alle wässsrigen Lösungen. also nicht etwa nur für reines Wasser :

\[ c(OH^-) \ = \ \frac{K_w}{c(H^+)} \ \ \ , \ \ bei \ \ 25^0 \ C \ \ also \ \ \]\[\ c(OH^-) \ = \ 10^{-7} \ \frac{mol}{L} \ \ \ \ \ \ \ \ \ bzw. \ \ \ \ \ \ \ \ \ pOH \ = \ 14 \ - \ pH \]




1) Das Mitführen der Einheiten ist nicht jedermanns Sache, aber leider ist es nur so korrekt . Denn im Argument von tranzendenten Funktionen wie den Logarithmusfunktionen, dürfen nur Zahlen stehen. Etwaige Einheiten müssen sich also kürzen lassen. Ein Ausweg wäre das Verwenden von Aktivitäten. Doch dazu mehr im nächsten Beitrag.

Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von »Friedrich Karl Schmidt« (4. Juni 2013, 22:46)


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PaprikaChips (30.05.2013)

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Dienstag, 4. Juni 2013, 22:35

Aktivitäten : Ionenprodukt des Wassers auf Basis von Aktivitäten

Was ist das Maß für chemische Reaktivität ?
Wenn eine denkbare Reaktion AB + C -> AC + B nicht zu beobachten ist, so kann dies verschiedene Gründe haben. Die Reaktion kann ( unter den herrschenden Bedingungen ) prinzipiell nicht möglich sein, es kann aber auch sein, dass sie so extrem langsam verläuft, dass sie gar nicht stattzufinden scheint. Die zweite Möglichkeit betrifft die kinetische Reaktivität soll hier nicht Gegenstand der Betrachtung sein , die sich im Weiteren auschließlich auf die so genannte thermodynamische Reaktivität bezieht.
Da alle chemischen Reaktionen mit Veränderung von Elektronenverteilungen zwischen Atomkernen gleicher oder verschiedener Elemente einhergehen, kann es ja nur so sein, dass die für den Atombau geltenden Naturgesetze auch für Moleküle und andere Agglomerate gelten. Wenn es also bei den Atomen so ist, dass Elektronen sich jeweils so auf die verschiedenen Zustände verteilen, dass die Gesamtenergie des Atoms ( unter Beachtung des PAULI - Prinzips ) minimal wird, dann sollte auch eine chemische Bindung nur dann geknüpft werden können, wenn eine Verteilung der Elektronen zwischen den Bindungspartnern möglich ist, die eine im Vergleich zu den ungebundenen Atomen niedrigere Gesamtenergie aufweist. Vergleichen wir also einmal verschiedene Zustandsformen eines Elements, z.B. des Wasserstoffs , dann sollte eine solche Zustandsform um so weniger reaktiv sein, je energieärmer ( natürlich pro Atom gerechnet ) der Zustand ist . Wenn wir also angeregte Zustände außen vor lassen, dann muss also atomarer Wasserstoff reaktiver sein als H2, weil sich andernfalls ja gar kein H2 aus den Atomen würde bilden können .

Ist das Wasserstoffatom an andere Elemente gebunden, dann ist die Angelegenheit komplizierter, denn die Antwort auf die Frage nach der thermodynamischen Reaktivität von z.B. HF, HCl, HBr oder auch H2O hängt schließlich nicht allein vom Wasserstoffatom ab, sondern wird auch bestimmt davon, was bei der jeweiligen Reaktion mit den anderen Atomen passiert. Das aber nur am Rande bemerkt.

Nun können sich Bindungs- und Energieverhältnisse eines Teilchens aber nicht nur dadurch verändern, dass eine definierte Verbindung entsteht oder zerfällt. Auch eine Änderung des Aggregatzustands oder eine Veränderung des umgebenden Mediums führen zu Änderungen der Bindungs- und Energieverhältnisse und somit auch zu Änderungen der ( wohlgemerkt : thermodynamischen ) Reaktivität. So ist die Reaktivität von Ionen vom Lösungsmittel abhängig und dann ( natürlich ! ) auch noch davon, welche anderen Spezies in welcher Konzentration sonst noch in der Lösung "herumschwimmen". Womit eine solche Vielfalt an Möglichkeiten gegeben ist, dass man sich nicht wie bei den Aggregatzuständen damit "behelfen" kann, dass man jeden Aggregatzustand eines Stoffes wie einen anderen Stoff behandelt. Denn hier ist ja nicht nur wegen der stofflichen Vielfalt eine andere Herangehensweise erforderlich. Entscheidend kommt hier hinzu, dass sich die Reaktivität der jeweils betrachteten Teilchensorte kontinuierlich verändert mit jeder Konzentrationsänderung einer beliebigen, anderen in der Lösung noch enthaltenen Teilchenart.
Man geht nun so vor, dass man auch in Bezug auf die Zusammensetzung einer Lösung oder Mischung einen Standardzustand definiert und ordnet diesem per Definition die Aktivität a = 1 zu. Diese so genannte Standaraktivität ist nicht einheitlich für alle Zustandsformen definiert. Es gelten folgende Zuordnungen :
\[ Feststoffe \ \ \ \ \ \ : \ \ Standardzusammensetzung \ a(K) \ := \ 1 \ gilt \ für \ den \ Reinstoff \ \ K \ \ \ \ \]
\[ Flüssigkeiten \ \ : \ \ Standardzusammensetzung \ a(K) \ := \ 1 \ gilt \ für \ den \ Reinstoff \ \ K \ \ \ \ \]
\[ Gase \ \ \ \ \ \ \ \ : \ \ Standardzusammensetzung \ a(K) \ := \ 1 \ gilt \ für \ \ \ p(K) \ = \ 1, 013 \ bar \ \ \ \]
\[ gelöste \ Stoffe \ \ : \ \ Standardzusammensetzung \ a(K) \ := \ 1 \ gilt \ für \ \ \ c(K) \ = \ 1 \ mol/L \ ^{1)}\]

Warum nun diese , nicht für jeden unmittelbar einleuchtende Festsetzung ? Die Standardzustände sind so gewählt, dass in möglichst vielen Fällen a = 1 eine brauchbare Näherung ist. Und wenn nicht, dann sollten die in Massenwirkungsbeziehungen auftretenden Gehaltsgrößen Stoffmengenkonzentation c(K), Stoffmengenanteil x(K) und Partialdruck p(K) in möglichst einfacher Weise mit a(K) in Zusammenhang gebracht werden können. Im Idealfall, dass die Wechselwirkung der K - Teilchen sich im Vergleich zum Standarzustand nicht ändert, man also mit
\[ a(K) \ = \ \frac {c(K)}{c_{St}(K) } \ = \ \frac{c(K)}{mol/L} \ \ \ \ \ \ \ \ bzw.\]\[ a(K) \ = \ \frac {p(K)}{p_{St}(K) } \ = \ \frac {p(K)}{1,013 \ bar} \ \ \ \ bzw.\]\[ a(K) \ = \ \frac {x(K)}{x_{St}(K) } \ = \ \frac {x(K)}{1} \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \] rechnen kann.
Reicht auch dies als Näherung nicht, dann korrigiert man mit Hilfe eines in der Regel experimentell zu bestimmenden Aktivitätskoeffizienten f(K), der aber selbst auch noch mit der Zusammensetzung der Mischung variiert, also nicht etwa konstant ist.
\[ a(K) \ = \ f(K) \ \frac {c(K)}{c_{St}(K) } \ = \ f(K) \ \frac{c(K)}{mol/L} \ \ \ \ \ \ \ \ bzw.\]\[ a(K) \ = \ f(K) \ \frac {p(K)}{p_{St}(K) } \ = \ f(K) \frac {p(K)}{1,013 \ bar} \ \ \ \ bzw.\]\[ a(K) \ = \ f(K) \ \frac {x(K)}{x_{St}(K) } \ = \ f(K) \ \frac {x(K)}{1} \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \]

Ich hoffe, dass diese kurze Einführung in den Aktivitätsbegriff ausreicht, um die Darstellung im nachstehenden Bild zu verstehen : " Das Ionenprodukt des Wassers , Darstellung auf Basis von Aktivitäten .




1) Wer sich Aktivitäten von Ionen in wässriger Lösung anschaut, wird überrascht sein, dass die Aktivitäten für c(Ion) = 1 mol/L nicht etwa gleich "1" sind und auch die Aktivitätskoeffizienten deutlich von "1" verschieden sind. Denn zwar entspricht c(Ion) = 1 mol/L dem Standardzustand, dies aber nur "für den Fall unendlicher Verdünnung" . Was das Ganze zu einem irrealen Konstrukt macht, alldieweil sich "c(ion) = 1 mol/L" und "unendliche Verdünnung" gegenseitig ausschließen. Was aber bedeutet, dass trotz der alles andere als vernachlässigbaren interionischen Wechselwirkung bei c(Ion) = 1 mol/L man dennoch von einem Zustand auszugehen hat, in dem die jeweils betrachtete Ionensorte nur die Anziehung der umgebenden Wassermoleküle verspürt, nicht aber die Anziehung oder Abstoßung anderer Ionen, auch nicht die Abstoßung von Ionen der eigenen Sorte.
Immerhin erreicht man mit dieser Konstruktion, dass der Aktivitätskoeffizient eines jeden gelösten Stoffes/Ions im Grenzfall unendlicher Verdünnung gleich "1" wird, egal ob es sich um eine Gasmischung, eine Mischung von Flüssigkeiten, die wässrige Lösung eines Salzes oder einen Mischkristall handelt.

Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von »Friedrich Karl Schmidt« (5. Juni 2013, 14:43)


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Mittwoch, 5. Juni 2013, 19:40

Aufgaben zur Berechnung von pH - Werten erschöpfen sich nicht selten darin, dass man aus einer Formelsammlung wie der Folgenden die passende Lösungsformel herauszufinden sucht :
Hier stellt sich für mich die Sinnfrage. Denn das Berechnen von pH - Werten erscheint mir nicht als Zweck an sich. Mir jedenfalls ist nicht erinnerlich. dass bei der Unzahl diesbezüglicher Berechnungen, die ich jemals durchgeführt habe, auch nur eine einzige durch eine laborpraktische Notwendigkeit veranlasst gewesen wäre. Denn tatsächlich ging es immer nur darum , eine Aufgabe zu lösen, deren Text am "grünen Tisch" entstanden war. Was also kann der Sinn derartiger Übungen sein ? Ich meine, dass durch solche Berechnungen das Verstehen des chemischen Gleichgewichts flankiert und gefördert werden soll. Dies aber kann nur gelingen, wenn die Aufgabentexte dem entsprechend gestaltet sind und der Lernende aufgefordert und angeleitet wird, die zu Grunde liegende Gleichgewichtsproblematik auch qualitativ zu reflektieren . Was aber bei einer Löseoperation der Art, "Formel suchen, einsetzen und ausrechnen" , nicht einmal ansatzweise gewährleistet ist. So kann ich schon den logarithmierten Formen von Lösungsformeln nicht viel abgewinnen. Aber wenn sie schon als Standardformen fungieren, dann sollte den Lernenden hinreichend deutlich gemacht werden,
Das haben Sie sehr treffend gesagt. Vielen Lehrern heute erscheint das Hantieren mit pH Werten imho tatsächlich als Zweck an sich, weil sie sich gewisser (einfacher) Zusammenhänge offenbar gar nicht bewusst sind. Ich erinnere mich deutlich an eine Zusammenkunft von Chemielehrern (also meinesgleichen), bei der sehr engagiert über die "Theorie des pH Wertes" und deren Bedeutung in der Lehre diskutiert wurde. Irgendwann habe ich es nicht mehr ausgehalten und habe gesagt, dass es eine "Theorie des pH" gar nicht gibt. Der pH Wert ist ein rechnerisches Hilfsmittel, erfunden in der Zeit der Rechenschieber (daher stammt natürlich das Logarithmieren), mehr nicht. Eine wissenschaftliche Theorie ist der pH Wert nicht. Das ihm zugrundeliegende Theoriegebäude ist die Thermodynamik mit dem MWG, da es beim pH nur um Gleichgewichte geht. Warum aber gerade um Säure-Base Gleichgewichte in wässrigen Lösungen, so viel Aufheben gemacht wird, konnte mir auch niemand sagen...warum nicht Redoxgleichgewichte, oder Lösungsgleichgewichte, oder Verteilungsgleichgewichte ? Seitdem gelte ich als exzentrischer Sonderling, weil ich nichts von der "Theorie des pH Wertes" halte ... Die meisten Lehrer halten den pH nämlich tatsächlich für eine eigenständige Theorie, noch dazu für eine, der eine herausragende Bedeutung zukommt. Das ist grauenhaft. Hätte es in den 20'er Jahren Taschenrechner und Computer statt Rechenschieber und Logarithmentafel gegeben, wäre der pH wahrscheinlich nie erfunden worden, und wir würden ihn auch nicht vermissen. Es ist um so grauenhafter, da der pH häufig für Berechnungen herangezogen wird, die ohne pH (und die eigentlich unnötigen Umwege durch das Logarithmieren) viel leichter und direkter zu bewältigen wären. Und wenn Herr Schmidt schreibt : "Ich meine, dass durch solche Berechnungen das Verstehen des chemischen Gleichgewichts flankiert und gefördert werden soll." dann ist das in der Praxis der Lehre leider nur Wunschdenken, denn die Anwendung der vertrauten pH "Formeln" verstellt zunächst einmal den Blick auf den Kern einer Aufgabe, der in seinem Wesen immer derselbe ist : ein Gleichgewicht oder mehrere gekoppelte Gleichgwichte. Wahlweise mit Konzentrationen oder Aktivitäten und dem MWG lösbar, notfalls numerisch, mit oder ohne vereinfachende Angaben, ganz wie man's haben will. Aber bis zum dem Stadium dringen die Schüler (genausowenig wie die Mehrzahl ihrer Lehrer) nie durch. Naturwissenschaft erschöpft sich für viele darin, Werte in "Formeln" einzusetzen, die man lernt oder bei Bedarf einer Sammlung entnimmt, und ein guter Wissenschaftler ist, wer viele Formeln kennt...traurig, nicht ?

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Donnerstag, 6. Juni 2013, 15:45

Aber bis zum dem Stadium dringen die Schüler (genausowenig wie die Mehrzahl ihrer Lehrer) nie durch.
Ich stimme Ihrem Beitrag grundsätzlich zu, frage mich aber schon, wie der durchschnittliche Chemielehrer dahin vordringen soll. Bei der momentanen Studiensituation für Lehrer und Chemiker sind doch noch nicht einmal die durchschnittlich begabten, fertigen Diplom-Chemiker in der Lage, so weit vorzudringen und deren Ausbildung geht deutlich mehr in die Tiefe.

5

Donnerstag, 6. Juni 2013, 17:02

Ja, leider ist das so. Aber ich will den Tag nicht damit verbringen, darüber zu jammern. Die einzigen, die am Ende etwas davon haben, sind Lundbeck. Nicht, dass ich denen das nicht gönnen würde... ;)

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Donnerstag, 6. Juni 2013, 17:23

Aber bis zum dem Stadium dringen die Schüler (genausowenig wie die Mehrzahl ihrer Lehrer) nie durch.
Ich stimme Ihrem Beitrag grundsätzlich zu, frage mich aber schon, wie der durchschnittliche Chemielehrer dahin vordringen soll. Bei der momentanen Studiensituation für Lehrer und Chemiker sind doch noch nicht einmal die durchschnittlich begabten, fertigen Diplom-Chemiker in der Lage, so weit vorzudringen und deren Ausbildung geht deutlich mehr in die Tiefe.
Das Problem unzureichender Ausbildung ist m.E. allgemein nicht vermeidbar. Unabhängig davon, welche Art von Tätigkeit der Absolvent einer Hochschule als Beruf wählt, er kann nirgendwo darauf bauen, dass seine im Rahmen der akademischen Ausbildung erworbenen Fähigkeiten ausreichen. Er muss nur eben willens und in der Lage sein, Defizite gleich welcher Art durch eigenes Bemühen auszugleichen. Was bei einer Tätigkeit in Forschung oder Industrie ja auch selbstverständlich ist. Nur in Bezug auf die Lehre findet man leider immer wieder Fälle, wo die Lehrperson zu meinen scheint, sie habe das rein Fachliche betreffend auf der Hochschule ohnehin schon viel mehr gelernt , als sie je für die Lehrtätigkeit benötige. Dieser Meinung war ich übrigens selbst auch mal .
Gruß FKS

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Donnerstag, 6. Juni 2013, 19:19

Auch damit liegen Sie 100% richtig. Ich habe durchaus den Eindruck, in den Jahren nach dem Studium noch sehr viel mehr hinzugelernt zu haben, als während des Studiums (in rein fachlicher Hinsicht, ich meine jetzt nicht Pädagogik oder Didaktik). Mir ist aber auch klar, dass ich damit eine Ausnahme bilde. Grund war für mich ein nicht abreissendes Interesse an meinem Fach. Einen gewissen Preis habe ich dafür aber auch bezahlt, denn die Weiterbildung nach Schulschluss kostet Zeit und Energie. Andere widmen diese Zeit ihrer Familie, bauen ein Haus, setzen Kinder in die Welt, pflegen ihre Hobbys - die Prioritäten verschieben sich halt gelegentlich im Leben, und das ist auch nicht per se falsch. Der Chemiker in der Industrie oder der Forschung lernt während seiner Arbeit und durch seine Arbeit, der Lehrer muss das in seiner Freizeit tun. Verständlich, wenn das dann mal zu kurz kommt.

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Donnerstag, 6. Juni 2013, 22:14

Der Chemiker in der Industrie oder der Forschung lernt während seiner Arbeit und durch seine Arbeit
Naja, ganz automatisch geht das auch nicht. Es gibt da genügend Gegenbeispiele von promovierten Industriechemikern in mittleren Positionen, die jahrzehntelang ihr Arbeitsfeld nicht wechseln und dann dementsprechend fachlich abstumpfen. Ich verweise da mal auf ein anderes Chemieforum...mehr muss ich wohl nicht dazu sagen. Aber das ist ja auch ganz natürlich. Wenn ich mir vorstelle, 25 Jahre lang nicht in ein Lehrbuch zu schauen und auch sonst nichts in Hinsicht fachlicher Weiterbildung zu unternehmen, mein Gehirn wäre wohl vollständig trocken gelegt.

9

Dienstag, 11. Juni 2013, 15:58

Auch damit liegen Sie 100% richtig. Ich habe durchaus den Eindruck, in den Jahren nach dem Studium noch sehr viel mehr hinzugelernt zu haben, als während des Studiums (in rein fachlicher Hinsicht, ich meine jetzt nicht Pädagogik oder Didaktik). Mir ist aber auch klar, dass ich damit eine Ausnahme bilde. Grund war für mich ein nicht abreissendes Interesse an meinem Fach. Einen gewissen Preis habe ich dafür aber auch bezahlt, denn die Weiterbildung nach Schulschluss kostet Zeit und Energie. Andere widmen diese Zeit ihrer Familie, bauen ein Haus, setzen Kinder in die Welt, pflegen ihre Hobbys - die Prioritäten verschieben sich halt gelegentlich im Leben, und das ist auch nicht per se falsch. Der Chemiker in der Industrie oder der Forschung lernt während seiner Arbeit und durch seine Arbeit, der Lehrer muss das in seiner Freizeit tun. Verständlich, wenn das dann mal zu kurz kommt.
Sie haben Recht, man kann nicht allen Erfordernissen gleichzeitig gerecht werden. Wenn jemand Erkenntnisdefizite in Kauf nimmt, weil er auch noch andere Bedürfnisse hat , so ist das für mich in Ordnung. Selbst wenn diese Defizite ein mir unverständliches Maß erreichen, versuche ich das zu respektieren. Wofür ich aber kein Verständnis habe, ist die bei Lehrpersonen häufig zu findende Einstellung, die für die eigene Person endgültig entschieden zu haben scheint, dass die Grundlagen ihres Fachs nach dem Hochschulabschluss nicht weiter reflektiert werden müssen und sich alles weitere auf rein pädagogische Überlegungen beschränken kann.
Unakzeptabel finde ich also lediglich die Einstellung, den Mangel an sich weniger. Und selbst dies auch nur in Bezug auf all diejenigen , die sich in der Lehre betätigen. Zwar sind die Grundlagen eines Fachs in allen Tätigkeitsbereichen wichtig, aber so zentral wie in der Lehre ist die Bedeutung von Grundlagen meiner Meinung nach nicht. Und je nach Tätigkeitsbereich kann man als Chemiker auch mit nur peripherem Grundlagenverständnis Hervorragendes leisten.

Dennoch halte ich mich persönlich an diese ( war es nicht Bunsen ? ) Devise : "Wer nur Chemie versteht, versteht auch die nicht"

Gruß FKS

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Sonntag, 16. Juni 2013, 22:02

Berechnung von Säure - Base Gleichgewichten . Wässrige Lösung einer Säure HA. Dissozziationsgrad/Protolysegrad





Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »Friedrich Karl Schmidt« (23. Juni 2013, 18:00)


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Donnerstag, 20. Juni 2013, 18:29

Wässrige Lösung einer Säure HA


Näherungsformeln

In diesem Beitrag geht es darum , die auf exakter Bilanzierung basierende , zu einer Gleichung dritten Grades führende Beziehung \[ c(H^+) \ = \ \frac {K_S \ \cdot \ c_0(HA)}{K_S \ + \ c(H^+)} \ + \ \frac {K_w}{c(H^+)} \] durch geeignete Näherungsansätze so zu vereinfachen, dass man Gleichungen niederen Grades erhält .
Näherungen : \[ K_S \ << \ 10^{- \ 7 } \ \frac {mol}{L} \ \ => \ K_S \ << \ c(H^+) \ \ => \ K_S \ + \ c(H^+) \ \approx \ c(H^+) \]\[ c(H^+) \ = \ \frac {K_S \ \cdot \ c_0(HA)}{K_S \ + \ c(H^+)} \ + \ \frac {K_w}{c(H^+)} \] \[ c(H^+) \ \approx \ \frac {K_S \ \cdot \ c_0(HA)}{ c(H^+)} \ + \ \frac {K_w}{c(H^+)} \]\[ c(H^+) \ \approx \ \sqrt{ K_S \ \cdot \ c_0(HA) \ + \ K_w } \ \ \ \ \ \ \]

Vernachlässigung der Ionen des Wassers

\[ c(H^+) \ = \ \frac {K_S \ \cdot \ c_0(HA)}{K_S \ + \ c(H^+)} \ + \ \frac {K_w}{c(H^+)} \]
\[ Für \ \ K_S \ \cdot \ c_0(HA) \ >> \ K_W \ \]\[ kann \ man \ die \ Eigendissozziation \ des \ Wassers \ vernachlässigen \ : \ \]
\[ K_S \ \cdot \ c_0(HA) \ >> \ K_w \ : \ \ c(H^+) \ \approx \ \frac{K_S \ \cdot \ c_0(HA)} {K_S \ + \ c(H^+)} \]


\[Beliebige \ Dissozziationsgrade \ ( \ also \ ohne \ weitere \ Näherung \ ) \ \ \ \ \ \ \ 0 \ < \ \alpha \ < \ 1 \ \ : \]

\[ c^2(H^+) \ + \ K_S \ \cdot \ c(H^+) \ - \ K_S \ \cdot \ c_0(HA) \ = \ 0 \]
\[ c(H^+) \ = \ - \ \frac {K_S}{2} \ + \ \sqrt{\frac {K_S^2}{4} \ + \ K_S \ \cdot \ c_0(HA)} \]
\[ c(H^+) \ = \ \frac {K_S}{2} \ [ \ \sqrt{ 1 \ + \ \frac {4 \ c_0(HA)}{K_S}} \ - \ 1 \ ] \]

\[ 1. \ Näherung \ für \ hohe \ Dissoziationsgrade , \ also \ \ \alpha \ \approx \ 1 \ \ : \]

\[ c(H^+) \ \approx \ \frac{K_S \ \cdot \ c_0(HA)} {K_S \ + \ c(H^+)} \]
\[ K_S >> c_0(HA) \ => \ K_S \ >> \ c(H^+) \ \ : \ \ c(H^+) \ \approx \ \frac {K_S \ \cdot \ c_0(HA) }{K_S } \ = \ c_0(HA) \]
\[ c(H^+) \ \approx \ c_0(HA) \ \ : \ \ bessere \ Näherung \ also \ für \ K_S \ >> \ c_0(HA) \ \ : \ \]
\[ \ c(H^+) \ \approx \ \frac {K_S \ \cdot \ c_0(HA) }{K_S \ + \ c_0(HA) } \ = \ \frac {c_0(HA)}{1 \ + \ \frac{c_0(HA)}{K_S}} \]

\[2. \ Näherung \ für \ niedrige \ Dissoziationsgrade , \ also \ \ \alpha \ << \ 1 \ \ : \ \]
\[ c^2(H^+) \ + \ K_S \ \cdot \ c(H^+) \ - \ K_S \ \cdot \ c_0(HA) \ = \ 0 \]
\[ K_S \ << \ c_0(HA) \ => \ c_0(HA) \ >> \ c(H^+) \ \ : \ \ \]

\[ c^2(H^+) \ - \ K_S \ \cdot \ c_0(HA) \ \approx \ 0 \]
\[ c^2(H^+) \ \approx \ \ K_S \ \cdot \ c_0(HA) \]
\[ c(H^+) \ \approx \ \sqrt{ K_S \ \cdot \ c_0(HA)} \]
[/size]

12

Donnerstag, 20. Juni 2013, 21:28

Wässrige Lösung einer Säure HA

Näherungsformeln in der Zusammenfassung



Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »Friedrich Karl Schmidt« (23. Juni 2013, 17:57)


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Samstag, 11. Oktober 2014, 17:24

Zusammenfassung der Näherungsformeln



Näherungsformeln

In diesem Beitrag geht es darum , die auf exakter Bilanzierung basierende , zu einer Gleichung dritten Grades führende Beziehung \[ c(H^+) \ = \ \frac {K_S \ \cdot \ c_0(HA)}{K_S \ + \ c(H^+)} \ + \ \frac {K_w}{c(H^+)} \] durch geeignete Näherungsansätze so zu vereinfachen, dass man Gleichungen niederen Grades erhält .
Näherungen : \[ K_S \ << \ 10^{- \ 7 } \ \frac {mol}{L} \ \ => \ K_S \ << \ c(H^+) \ \ => \ K_S \ + \ c(H^+) \ \approx \ c(H^+) \]\[ c(H^+) \ = \ \frac {K_S \ \cdot \ c_0(HA)}{K_S \ + \ c(H^+)} \ + \ \frac {K_w}{c(H^+)} \] \[ c(H^+) \ \approx \ \frac {K_S \ \cdot \ c_0(HA)}{ c(H^+)} \ + \ \frac {K_w}{c(H^+)} \]\[ c(H^+) \ \approx \ \sqrt{ K_S \ \cdot \ c_0(HA) \ + \ K_w } \ \ \ \ \ \ \]

Vernachlässigung der Ionen des Wassers

\[ c(H^+) \ = \ \frac {K_S \ \cdot \ c_0(HA)}{K_S \ + \ c(H^+)} \ + \ \frac {K_w}{c(H^+)} \]
\[ Für \ \ K_S \ \cdot \ c_0(HA) \ >> \ K_W \ \]\[ kann \ man \ die \ Eigendissozziation \ des \ Wassers \ vernachlässigen \ : \ \]
\[ K_S \ \cdot \ c_0(HA) \ >> \ K_w \ : \ \ c(H^+) \ \approx \ \frac{K_S \ \cdot \ c_0(HA)} {K_S \ + \ c(H^+)} \]


\[Beliebige \ Dissozziationsgrade \ ( \ also \ ohne \ weitere \ Näherung \ ) \ \ \ \ \ \ \ 0 \ < \ \alpha \ < \ 1 \ \ : \]

\[ c^2(H^+) \ + \ K_S \ \cdot \ c(H^+) \ - \ K_S \ \cdot \ c_0(HA) \ = \ 0 \]
\[ c(H^+) \ = \ - \ \frac {K_S}{2} \ + \ \sqrt{\frac {K_S^2}{4} \ + \ K_S \ \cdot \ c_0(HA)} \]
\[ c(H^+) \ = \ \frac {K_S}{2} \ [ \ \sqrt{ 1 \ + \ \frac {4 \ c_0(HA)}{K_S}} \ - \ 1 \ ] \]

\[ 1. \ Näherung \ für \ hohe \ Dissoziationsgrade , \ also \ \ \alpha \ \approx \ 1 \ \ : \]

\[ c(H^+) \ \approx \ \frac{K_S \ \cdot \ c_0(HA)} {K_S \ + \ c(H^+)} \]
\[ K_S >> c_0(HA) \ => \ K_S \ >> \ c(H^+) \ \ : \ \ c(H^+) \ \approx \ \frac {K_S \ \cdot \ c_0(HA) }{K_S } \ = \ c_0(HA) \]
\[ c(H^+) \ \approx \ c_0(HA) \ \ : \ \ bessere \ Näherung \ also \ für \ K_S \ >> \ c_0(HA) \ \ : \ \]
\[ \ c(H^+) \ \approx \ \frac {K_S \ \cdot \ c_0(HA) }{K_S \ + \ c_0(HA) } \ = \ \frac {c_0(HA)}{1 \ + \ \frac{c_0(HA)}{K_S}} \]

\[2. \ Näherung \ für \ niedrige \ Dissoziationsgrade , \ also \ \ \alpha \ << \ 1 \ \ : \ \]
\[ c^2(H^+) \ + \ K_S \ \cdot \ c(H^+) \ - \ K_S \ \cdot \ c_0(HA) \ = \ 0 \]
\[ K_S \ << \ c_0(HA) \ => \ c_0(HA) \ >> \ c(H^+) \ \ : \ \ \]

\[ c^2(H^+) \ - \ K_S \ \cdot \ c_0(HA) \ \approx \ 0 \]
\[ c^2(H^+) \ \approx \ \ K_S \ \cdot \ c_0(HA) \]
\[ c(H^+) \ \approx \ \sqrt{ K_S \ \cdot \ c_0(HA)} \]

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Mittwoch, 15. Oktober 2014, 08:41

Eine wirklich sehr schoene Darstellung. Insbesondere halte ich die exakte Bilanzgleichung als Basis der ganzen pH-Wert-Rechnerei fuer sehr wichtig, die auch in der Sekundarstufe II ohne Probleme behandelt werden kann. Zumal dies gleichzeitig die zentralen Bilanzierungen fuer Ladung und Masse voraussetzt, die wir ja auch damals schon im Chemieonline-Forum in der Thematik Redoxgleichungen gepredigt haben.

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Mittwoch, 15. Oktober 2014, 16:23

Eine wirklich sehr schoene Darstellung. Insbesondere halte ich die exakte Bilanzgleichung als Basis der ganzen pH-Wert-Rechnerei fuer sehr wichtig, die auch in der Sekundarstufe II ohne Probleme behandelt werden kann. Zumal dies gleichzeitig die zentralen Bilanzierungen fuer Ladung und Masse voraussetzt, die wir ja auch damals schon im Chemieonline-Forum in der Thematik Redoxgleichungen gepredigt haben.
Danke für die anerkennenden Worte.
Vor allem aber ist es schön , Sie mal wieder hier begrüßen zu können.

Mit den Redoxgleichungen komme ich einfach nicht weiter. Wahrscheinlich werde ich nie verstehen , warum es Leute nötig zu haben meinen, das unübersehbar einfachere System, das ohne Oxidationszahlen auskommt , hartnäckig und nachhaltig zu ignorieren.

Schauen Sie doch bitte bald mal wieder hier rein. Wenn Sie mögen, können Sie gern auch jedes Ihnen geeignet erscheinende Thema aus anderen Foren in den Treffpunkt importieren. Was ich übrigens schon seit geraumer Zeit tue, dies allerdings beschränkt auf Themen , die nach meinem Verständnis falsch oder mangelhaft bearbeitet worden sind. wie z.B. hier :
http://treffpunkt-naturwissenschaft.com/…htskonstante+Kx
In Verbindung mit
http://treffpunkt-naturwissenschaft.com/…ad&threadID=575

Gruß FKS

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pH - Berechnungen

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