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

  1. 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. ↩

  2. 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. ↩

[last modified: 2023-11-17]