Phosphorsäure H3PO4
Die Phosphorsäure als eine mehrprotonige Säure ist durch folgende drei Reaktionsgleichungen und deren pKS-Wert definiert:1
| (1) | H3PO4 = H+ + H2PO4- | pKS = 2.14 |
| (2) | H2PO4- = H+ + HPO4-2 | pKS = 7.207 |
| (3) | HPO4-2 = H+ + PO4-3 | pKS = 12.346 |
Die drei Ionen (Phosphat-Spezies) bezeichnet man als
| H2PO4- | Dihydrogenphosphat |
| HPO4-2 | Hydrogenphosphat |
| PO4-3 | Phosphat (Orthophosphat) |
Ergebnisse
Für eine vorgegebene H3PO4-Anfangskonzentration (PO4_total) lässt sich anhand der oberen Reaktionsdaten der pH-Wert berechnen.2 Die Ergebnisse für einen Konzentrationsbereich von 1 bis 10-10 mol/L sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst:
| PO4_total | PO4_total | pH | H3PO4 | H2PO4- | HPO4-2 | PO4-3 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| mol/L | mM | % | % | % | % | |
| 1E+00 | 1000 | 1.08 | 89.91 | 10.09 | 0.0000158 | 2.94E-16 |
| 1E-01 | 100 | 1.63 | 73.54 | 26.46 | 0.000112 | 4.72E-15 |
| 1E-02 | 10 | 2.26 | 41.32 | 58.68 | 0.000852 | 1.06E-13 |
| 1E-03 | 1 | 3.06 | 10.51 | 89.48 | 0.00709 | 4.36E-12 |
| 1E-04 | 0.1 | 4.01 | 1.33 | 98.6 | 0.0649 | 3.18E-10 |
| 1E-05 | 0.01 | 5.00 | 0.139 | 99.2 | 0.662 | 2.85E-08 |
| 1E-06 | 0.001 | 5.97 | 0.0141 | 94.5 | 5.54 | 2.36E-06 |
| 1E-07 | 0.0001 | 6.74 | 0.00189 | 74.4 | 25.6 | 6.39E-05 |
| 1E-08 | 0.00001 | 6.97 | 0.000951 | 63.3 | 36.7 | 0.000155 |
| 1E-09 | 0.000001 | 7.00 | 0.000874 | 61.8 | 38.2 | 0.000171 |
| 1E-10 | 0.0000001 | 7.00 | 0.000866 | 61.7 | 38.3 | 0.000173 |
Die berechneten Gleichgewichtskonzentration der Phosphat-Spezies (entnommen aus Tabelle Ionen in mmol/L) ist hier als prozentualer Anteil angegeben:
| (4) | Spezies [%] = (Spezies in mM / PO4_total in mM) × 100 % |
In den Berechnungen ist die Aktivitätskorrektur berücksichtigt.
Diskussion der Ergebnisse
Bei hohen Anfangskonzentrationen dominiert die (undissozierte) Spezies H3PO4. Bei 10-2 M nähert sich der pH-Wert dem pKS = 2.14, was zu einer etwa gleichmäßigen Aufteilung zwischen H3PO4 und H2PO4- führt.
Unterhalb von 10-3 M dominiert H2PO4-. Bei sehr kleinen Anfangskonzentrationen ≤ 10-6 M kommt Hydrogenphosphat HPO4-2 ins Spiel; das Phoshat-Ion selbst PO4-3 ist allerdings so gut wie bedeutungslos.
Anmerkungen
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Die thdyn Datenbank wateq4f (welche von aqion verwendet wird) enthält von den drei nur zwei Phosphat-Spezies und zwar, nur die in 2 und 3 definiert sind. Die noch fehlende Spezies in 1 ist aus der thdyn Datenbank minteq in das Programm aufgenommen worden. ↩
-
Man startet jeweils mit reinem Wasser (Taste H2O im Hauptfenster), danach Taste Reac. Dort gibt man für “H3PO4” die entsprechenden Konzentrationen in mmol/L ein (Maßeinheit beachten!). Das Ergebnis wird sofort angezeigt. Ein Rechenbeispiel ist hier. ↩