Wie alle chemischen Reaktionen ist auch die Dissoziation von NH3
in wässeriger Lösung eine Gleichgewichts-Reaktion die mit einer temperaturabhängigen
Konstanten beschrieben werden kann. Tausende von Konstanten (Dissoziationskonstanten,
Formationskonstanten etc.) sind in den Tabellenwerken der chemischen Literatur zu finden.
Für Ammoniak gilt:
NH3 + H2O <=> NH4 + OH mit K = 1.774
* 10 bzw. K = [NH4][OH] / [NH3]
Da für Wasser pH + pOH = 14.0 gilt (Dissoziationskonstante von H2 O ist 1*10 )
errechnet sich die pH-Verschiebung wie folgt:
pH = 14.0 - pK - lg([NH3 ] / [NH4 ])
Nun ist es aber so, das in der Natur tausende von Buffer (organische und anorganische)
existieren, die den pH stabilisieren. Diese Buffer bestehen aus einer schwachen Säure
bzw. Base und dessen Salz. Da die stärkste Säure bzw. Base in Wasser die
Disproportionierung des Wassers darstellt (Leveling-Effekt des Lösungsmittels in unserem
Falle Wasser) überträgt das Wasser bei einer pH-Verschiebung den grössten Teil der
fehlenden bwz. überschüssigen H -Ionen auf die schwächere Säure bzw. Base.
z.B. CO2 : H2 CO3 + H2O <=> HCO3 + H3O mit K = 4.30 * 1
HCO3 + H2O <=> CO3 + H3O mit K = 5.61 * 10
- Fügt man nun der wässerigen Lösung H -Ionen zu (Säure) so überträgt das Wasser die
Ionen auf das Anion (HCO3) der schwachen Säure und das Gleichgewicht verschiebt sich nach
rechts.
- Fügt man der wässerigen Lösung OH -Ionen zu (Base) so überträgt das Wasser die
Ionen auf die schwache Säure (H2 CO3 + OH => HCO3 + H2 O) und das Gleichgewicht
verschiebt sich nach links.
In Kühlsolen gibt es nun sehr viele solche pH-Puffer:
- Kaliumacetat: HOAc / Ac Essigsäurepuffer in Tyfoxid, Anitfrogen KA etc.
- Kaliumformiat: HOFormiat / Formiat Ameisensäurepuffer in Pekasol etc.
Man könnte diese Liste noch beliebig fortsetzen da die eingesetzen Inhibitoren ebenso
eine Pufferwirkung zeigen wie etwa die zweifach Alkohole (Glykole) mit ihren -OH-Gruppen.
Der Vorteil der Ionensensitiven Messung ist daher, dass sie nicht pH-abhängig ist und
man die mmoniak-Elektrode im hohen pH-Bereich (NH3 -Gleichgewicht stark links) und die
Ammonium-Elektrode im pH neutralen Bereich (NH3 -Gleichgewicht stark rechts) einsetzt.
Die Gefahr des Ammoniaks für Buntmetalle besteht darin, dass NH3 eine hohe
Formationskonstante für die Komplexierung derselben besitzt (also in im hohen pH-Bereich,
wo hoher NH3 Anteil siehe MWG). Das ist aber gerade der Bereich, wo eine pH-Messung
völlig unbrauchbar ist, da sie ja gerade die NH4 Verschiebung misst.