Phosphorsäure H3PO4 als ployprotische Säure wird durch die folgenden drei Dissoziationsreaktionen und pKa-Werte definiert 1:
| (1) | H3PO4 = H+ + H2PO4- | pKa = 2.14 |
| (2) | H2PO4- = H+ + HPO4-2 | pKa = 7.207 |
| (3) | HPO4-2 = H+ + PO4-3 | pKa = 12.346 |
die entsprechenden Anionen sind
| H2PO4- | Dihydrogenphosphat |
| HPO4-2 | Hydrogenphosphat |
| PO4-3 | Phosphat (Orthophosphat) |
Basierend auf diesen Reaktionsdaten ist aqion in der Lage, die Gleichgewichtszusammensetzung und den pH-Wert einer gegebenen wässrigen Phosphorsäure-Lösung 2 zu berechnen. Dies erfolgt für den Konzentrationsbereich zwischen 1 und 10-10 mol/L in der folgenden Tabelle:
Notation:
| PO4_total | = Anfangskonzentration der Phosphorsäure in mol/L und in mM |
| spezifikationen in % | = (Spezifikationen in mM) / (PO4_total in mM) × 100 % |
Die molare Konzentration der Spezies H3PO4, H2PO4-, HPO4-2 und PO4-3 werden aus der Ausgabetabelle Ionen entnommen. Bei den Berechnungen werden Aktivitätskorrekturen berücksichtigt.
Diskussion
Bei großen Säurekonzentrationen wird die Lösung hauptsächlich vom undissoziierten H3PO4 dominiert. Bei 10-2 M liegt der pH-Wert nahe bei pKa = 2.14, wobei eine äquimolare Mischung aus H3PO4 und H2PO4- erhalten wird.
Unter 10-3 M besteht die Lösung hauptsächlich aus H2PO4-, während HPO4-2 für sehr verdünnte Lösungen nicht vernachlässigbar wird. Das Orthophosphat-Ion, PO4-3, ist immer vernachlässigbar.
Es ist sehr lehrreich, diese Berechnungen mit der Tabelle in Wikipedia zu vergleichen, die auf einer numerischen Lösung einer Gleichung 5. Grades in H + basiert. Im Gegensatz zum Aqion werden Aktivitätskorrekturen jedoch ignoriert. Dies verursacht einige Abweichungen, insbesondere bei hohen Säurekonzentrationen.
1 Die thermodynamische Datenbank wateq4f enthält nur Gl.(2) und Gl.(3). Um vollständig zu sein, war es daher notwendig, die fehlende Spezies „H2PO4“, d. H. Gl.(1), in aqion. Die fehlenden Daten stammen aus der thermodynamischen Datenbank minteq.
2 Beispiele zur Berechnung der pH-Werte finden Sie hier.