pKs-Wert Säurestärke: Berechnung und Tabelle erklärt
Der pKs-Wert Säurestärke ist die Kennzahl, mit der du Säuren zahlenmäßig vergleichst: Je kleiner der pKs-Wert, desto stärker gibt die Säure ihr Proton ab. In dieser Lektion lernst du, wie der pKs-Wert aus der Säurekonstante entsteht, wie du ihn in einer Tabelle liest und wie du damit den pH-Wert einer schwachen Säure berechnest.
- Fach: Chemie
- Klasse 12
- Thema: Säuren und Basen
- Dauer: 20 Min
- Niveau: Schwer
pKs-Wert Säurestärke: Was der Wert aussagt
Der pKs-Wert gibt an, wie stark eine Säure ist: Je kleiner der pKs-Wert, desto stärker die Säure. Starke Säuren wie Salzsäure haben sehr kleine oder sogar negative Werte, schwache Säuren wie Essigsäure liegen bei etwa 5. Der Wert ist die handlichere Schreibweise der Säurekonstante Ks, so wie der pH-Wert die handlichere Schreibweise der Konzentration an Oxonium-Ionen ist.
Hinter dem Wert steckt ein Gleichgewicht. Eine Säure HA gibt in Wasser ein Proton an ein Wassermolekül ab: HA + H₂O ⇌ H₃O⁺ + A⁻. Bei einer starken Säure liegt dieses Gleichgewicht fast vollständig rechts, bei einer schwachen Säure überwiegend links. Die Säurekonstante Ks misst genau diese Lage, indem sie die Konzentrationen der Produkte und des Edukts ins Verhältnis setzt.
Weil Ks bei den meisten Säuren winzig klein ist, etwa 0,0000174 mol/L bei Essigsäure, rechnet man bequemer mit dem Logarithmus. Aus 1,74 · 10⁻⁵ wird so der pKs-Wert 4,76. Der pKs-Wert gilt für eine bestimmte Temperatur, üblicherweise 25 °C, und hängt nicht von der Konzentration ab, sondern nur von der Säure selbst.
pKs-Wert berechnen: Formel und Zusammenhang
Die Säurekonstante folgt aus dem Massenwirkungsgesetz: Ks = c(H₃O⁺) · c(A⁻) / c(HA). Das Wasser fehlt im Ausdruck, weil seine Konzentration in verdünnter Lösung praktisch konstant ist und in Ks eingerechnet wird. Der pKs-Wert ergibt sich daraus mit der Formel unten. Umgekehrt gilt Ks = 10 hoch minus pKs.
Die Zehnerlogarithmen haben eine wichtige Folge: Ein Unterschied von einer Einheit im pKs-Wert entspricht dem Faktor 10 bei Ks, zwei Einheiten entsprechen dem Faktor 100. Ein Unterschied von 5 bedeutet also, dass sich die Säurekonstanten um den Faktor 100.000 unterscheiden. Für korrespondierende Säure-Base-Paare gilt außerdem pKs + pKb = 14 bei 25 °C. Aus pKs = 9,25 für das Ammonium-Ion folgt für Ammoniak pKb = 4,75.
- K
- Säurekonstante Ks in mol/L, sie misst die Lage des Gleichgewichts
- p
- bedeutet „negativer dekadischer Logarithmus“, also pKs = −lg Ks
- c
- Konzentration in mol/L, zum Beispiel c(H₃O⁺)
pKs-Wert Tabelle: Säuren im Vergleich
In Tabellen findest du die pKs-Werte der gängigen Säuren. Daran siehst du auf einen Blick, wie sich die Säuren einordnen lassen. Als grobe Einteilung gilt: Säuren mit pKs unter 0 gelten als stark, zwischen 0 und etwa 4 als mittelstark und darüber als schwach. Die Grenzen sind nicht scharf, und in Büchern findest du leicht abweichende Werte.
Bei mehrprotonigen Säuren hat jede Protonenabgabe einen eigenen pKs-Wert. Die erste Stufe ist immer die stärkste, denn von einem negativ geladenen Ion löst sich ein Proton schwerer. Bei Phosphorsäure liegen die Werte bei 2,16, 7,21 und 12,32. In der Tabelle unten steht zur Orientierung nur die erste Stufe.
| Säure | Formel | pKs-Wert | Einstufung |
|---|---|---|---|
| Salzsäure | HCl | etwa −6 | stark |
| Schwefelsäure (1. Stufe) | H₂SO₄ | etwa −3 | stark |
| Salpetersäure | HNO₃ | etwa −1,3 | stark |
| Phosphorsäure (1. Stufe) | H₃PO₄ | 2,16 | mittelstark |
| Flusssäure | HF | 3,14 | mittelstark |
| Ameisensäure | HCOOH | 3,75 | schwach |
| Essigsäure | CH₃COOH | 4,76 | schwach |
| Kohlensäure (1. Stufe) | H₂CO₃ | 6,35 | schwach |
| Blausäure | HCN | 9,21 | sehr schwach |
| Ammonium-Ion | NH₄⁺ | 9,25 | sehr schwach |
pKs-Wert Schritt für Schritt anwenden
Mit dem pKs-Wert löst du drei typische Aufgaben. Erstens vergleichst du die Stärke von Säuren: Du schlägst die Werte nach und ordnest sie von klein nach groß. Die Säure mit dem kleinsten Wert ist die stärkste. Zweitens berechnest du Ks, indem du die Zehnerpotenz bildest: Ks = 10⁻ᵖᴷˢ. Dritte Aufgabe: Du berechnest den pH-Wert.
Für eine schwache Säure der Anfangskonzentration c₀ gilt die Näherung pH = ½ · (pKs − lg c₀). Sie setzt voraus, dass nur ein kleiner Teil der Säure reagiert hat, und liefert für Säuren mit pKs über etwa 4 und nicht zu verdünnte Lösungen brauchbare Werte. Für starke Säuren rechnest du dagegen direkt pH = −lg c₀, weil sie praktisch vollständig dissoziiert sind.
Eine vierte Anwendung findet sich bei Titrationen und Puffern. Am Halbäquivalenzpunkt ist die Hälfte der Säure neutralisiert, es liegen gleich viele HA und A⁻ vor, und der pH-Wert entspricht dem pKs-Wert. Aus dieser Idee folgt die Puffergleichung pH = pKs + lg (c(A⁻)/c(HA)).
Beispiel 1: pH-Wert von Essigsäure
Berechne den pH-Wert einer Essigsäurelösung mit c₀ = 0,1 mol/L. Der pKs-Wert von Essigsäure beträgt 4,76.
Gegeben:
- pKs4,76
- c₀0,1 molL
Gesucht:
pH-Wert der LösungLösung:
- Näherungsformel für schwache Säuren wählen: pH = ½ · (pKs − lg c₀).
- Logarithmus berechnen: lg 0,1−1, also −lg c₀+1.
- Einsetzen: pH½ · (4,76 + 1)½ · 5,76.
- Ausrechnen: pH2,88.
Die Lösung hat einen pH-Wert von etwa 2,88. Eine starke Säure derselben Konzentration hätte pH = 1. Weil Essigsäure nur zu einem kleinen Teil dissoziiert, sinkt die Konzentration an H₃O⁺ nur auf etwa 0,0013 mol/L und der pH-Wert bleibt deutlich höher.
Beispiel 2: Ameisensäure und Essigsäure vergleichen
Ameisensäure hat den pKs-Wert 3,75, Essigsäure 4,76. Berechne beide Säurekonstanten und gib an, um welchen Faktor Ameisensäure stärker ist.
Gegeben:
- pKs(Ameisensäure)3,75
- pKs(Essigsäure)4,76
Gesucht:
Säurekonstanten und VerhältnisLösung:
- Umkehrformel nutzen: Ks10⁻ᵖᴷˢ.
- Ameisensäure: Ks10⁻³·⁷⁵ ≈ 1,78 · 10⁻⁴ molL.
- Essigsäure: Ks10⁻⁴·⁷⁶ ≈ 1,74 · 10⁻⁵ molL.
- Verhältnis: 1,78 · 10⁻⁴ : 1,74 · 10⁻⁵ ≈ 10. Das passt zur Differenz der pKs-Werte von 1,01.
Ameisensäure ist etwa zehnmal stärker als Essigsäure. Der kleinere pKs-Wert entspricht der größeren Säurekonstante. Weil der Unterschied nur eine Einheit beträgt, reicht die Zehnerlogik für einen schnellen Überschlag ohne Taschenrechner.
Typische Fehler beim pKs-Wert
Der häufigste Fehler ist die Richtung: Viele halten einen großen pKs-Wert für eine starke Säure, weil sie an den pH-Wert denken, bei dem große Werte „basisch“ bedeuten. Beim pKs-Wert gilt aber das Gegenteil, denn der Logarithmus steht mit negativem Vorzeichen. Merke dir: pKs klein, Säure stark.
Ein zweiter Fehler ist, pKs-Wert und pH-Wert gleichzusetzen. Der pKs-Wert ist eine Stoffeigenschaft und hängt nicht von der Konzentration ab. Der pH-Wert beschreibt dagegen eine konkrete Lösung. Nur am Halbäquivalenzpunkt, bei dem gleich viel Säure und Anion vorliegen, sind beide Zahlen gleich.
Dritter Fehler: Die Näherungsformel wird auch für starke Säuren verwendet. Setzt du für Salzsäure mit pKs = −6 in pH = ½ · (pKs − lg c₀) ein, erhältst du einen sinnlosen Wert. Für starke Säuren gilt pH = −lg c₀. Und schließlich werden die Vorzeichen beim Logarithmus von 0,1 vertauscht. Es gilt lg 0,1 = −1, also steht in der Rechnung am Ende + 1.
Alltagsbezug: Säuren im Haushalt
Den pKs-Wert kannst du im Alltag überall wiederfinden. Essigsäure mit pKs 4,76 steckt im Haushaltsessig und ist so schwach, dass du sie bedenkenlos auf den Salat gibst. Zitronensäure aus Obst hat in der ersten Stufe einen pKs-Wert von etwa 3,1 und schmeckt deshalb deutlich saurer, obwohl sie nicht gefährlicher ist. Kohlensäure im Mineralwasser mit 6,35 ist eine ausgesprochen schwache Säure, sie wird vom Körper problemlos aufgenommen.
Auch die Sicherheit hängt vom pKs-Wert ab, aber nicht nur von ihm. Salzsäure ist als starke Säure stark ätzend, Flusssäure hat mit 3,14 nur einen mittleren Wert, ist aber hochgiftig und dringt tief ins Gewebe ein. Die Gefährlichkeit lässt sich also nicht allein aus dem pKs-Wert ablesen. Beim Umgang mit Säuren gelten deshalb immer Schutzbrille, Handschuhe und die Regel, Säure in Wasser zu geben und nicht umgekehrt.
Jetzt bist du dran
Welche dieser Säuren ist am stärksten?
Noch nicht. Der kleinste pKs-Wert gehört zur stärksten Säure. Mit 2,16 hat die Phosphorsäure in der ersten Stufe den kleinsten Wert der vier Säuren.
Das Wichtigste in Kürze
- Der pKs-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der Säurekonstante Ks: pKs = −lg Ks.
- Kleiner pKs-Wert bedeutet starke Säure, großer pKs-Wert bedeutet schwache Säure.
- Ein Unterschied von einer Einheit im pKs-Wert entspricht dem Faktor 10 bei Ks.
- Für schwache Säuren gilt die Näherung pH = ½ · (pKs − lg c₀), für starke Säuren pH = −lg c₀.
- Am Halbäquivalenzpunkt ist pH = pKs, und für korrespondierende Paare gilt pKs + pKb = 14.
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Häufige Fragen zu pKs-Wert Säurestärke: Berechnung und Tabelle erklärt
- Was ist der pKs-Wert einfach erklärt?
- Der pKs-Wert ist eine Zahl, die angibt, wie stark eine Säure ist. Er ist der negative Logarithmus der Säurekonstante Ks. Je kleiner der pKs-Wert, desto leichter gibt die Säure ihr Proton an Wasser ab und desto stärker ist sie.
- Ist eine Säure mit kleinem oder großem pKs-Wert stärker?
- Eine Säure mit kleinem pKs-Wert ist stärker. Salzsäure mit einem Wert von etwa −6 ist viel stärker als Essigsäure mit 4,76. Der Grund liegt im negativen Vorzeichen des Logarithmus, das die Reihenfolge der Ks-Werte umkehrt.
- Wie berechne ich den pKs-Wert?
- Du berechnest ihn aus der Säurekonstante mit pKs = −lg Ks. Ist Ks = 1,74 · 10⁻⁵ mol/L wie bei Essigsäure, dann ergibt sich pKs = 4,76. Umgekehrt erhältst du Ks aus dem pKs-Wert mit Ks = 10 hoch −pKs.
- Was ist der Unterschied zwischen pKs-Wert und pH-Wert?
- Der pKs-Wert ist eine Stoffeigenschaft der Säure und gilt bei gegebener Temperatur unabhängig von der Konzentration. Der pH-Wert beschreibt dagegen eine konkrete Lösung und hängt von Säure und Konzentration ab.
- Wie berechne ich den pH-Wert einer schwachen Säure?
- Für eine schwache Säure nutzt du die Näherung pH = ½ · (pKs − lg c₀), wobei c₀ die Anfangskonzentration ist. Für 0,1 mol/L Essigsäure mit pKs 4,76 ergibt sich pH = ½ · (4,76 + 1) = 2,88.
- Wie hängen pKs-Wert und pKb-Wert zusammen?
- Für ein korrespondierendes Säure-Base-Paar gilt bei 25 °C die Beziehung pKs + pKb = 14. Eine starke Säure hat also eine sehr schwache korrespondierende Base. Aus dem pKs-Wert des Ammonium-Ions von 9,25 folgt für Ammoniak ein pKb von 4,75.
- Warum haben mehrprotonige Säuren mehrere pKs-Werte?
- Jede Protonenabgabe ist ein eigenes Gleichgewicht mit eigener Säurekonstante. Die erste Stufe ist am stärksten, weil sich ein Proton von einem neutralen Molekül leichter löst als von einem bereits negativ geladenen Ion. Phosphorsäure hat zum Beispiel drei Werte.
- Was bedeutet pKs gleich pH?
- Wenn der pH-Wert dem pKs-Wert entspricht, liegen die Säure HA und ihre korrespondierende Base A⁻ in gleicher Konzentration vor. Das ist beim Halbäquivalenzpunkt einer Titration und im Bereich der besten Pufferwirkung der Fall.
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