Der pH-Wert ist ein Maß dafür, wie sauer bzw. basisch eine Lösung ist. Dies hängt von der Konzentration der Protonen in der Lösung ab. Um handhabbare Zahlenwerte für die Konzentration der Protonen zu erhalten wurde der pH-Wert definiert als negativer dekadischer Logarithmus der Konzentration der Protonen.pH = - lg c(H +) bzw. pH = -lg c(H3O+) Show
In analoger Weise lässt sich auch ein pOH-Wert definieren, als negativer dekadischer Logarithmus der Konzentration von OH− -Ionen. Das Ionenprodukt des Wassers und der pH-WertWasser leitet sehr geringfügig den elektrischen Strom. Die Ursache dafür liegt in der Eigendissoziation des Wassers, der Autoprotolyse. H2O ⇌ H+ + OH- bzw.H2O + H2O ⇌ H3O + + OH- Für diese Gleichgewichtsreaktion lässt sich das Massenwirkungsgesetz (MWG) aufstellen. K=c(H+)⋅c (OH−)c(H2O) bzw. K=c(H3O+)⋅c(OH−)c(H2O)⋅c(H2O) Dieses Gleichgewicht liefert nach dem MWG die temperaturabhängige Gleichgewichtskonstante K. Da die Dissoziation so gering ist, d. H. das Gleichgewicht bei der Autoprotolyse weit auf der Seite des Wassers liegt, kann die Konzentration des Wassers als konstant angesehen werden. Sie lässt sich so in die Gleichgewichtskonstante einbeziehen. Die Konstante KW wird als das Ionenprodukt des Wassers bezeichnet. Kw=c(H3O+)⋅c(OH-) Bei 22°C beträgt das Ionenprodukt des Wassers 10−14 mol2/ l2. c(H3O+)⋅c(OH-)=Kw=10-14[mol 2l2] mit der Definition des pH-Wertes und des pOH-Wertes lässt sich dafür auch schreiben: pH+pOH=pKw=14 Da in reinem Wasser nach der Reaktionsgleichung für die Autoprotolyse die Konzentration der H3O+-Ionen gleich der Konzentration an OH −-Ionen ist, ergibt sich für den pH-Wert des reinen Wassers: pH = 7 Dieser Wert wird auch als neutral angesehen. Bei höheren Konzentrationen von H3O+ -Ionen ergeben sich dementsprechend niedrigere pH-Werte, bei geringeren H3O+ Konzentrationen ergeben sich höhere pH-Werte. Einige Beispiele für verschiedene pH-Werte aus dem Alltag:
Mit Universalindikatoren lässt sich die Konzentration der Protonen bzw. H3O+-Ionen durch eine definierte Farbe anzeigen. So führt bei üblichem Universalindikator eine hohe Protonenkonzentration (sauer) zu einer roten Färbung und eine niedrige Protonenkonzentration (basisch) zu einer blauen Färbung. Im neutralen Bereich ist er gelblich/grün gefärbt (vergl. Abbildung 1). Es gibt allerdings verschiedene Inikatoren die im Sauren oder Basichen verschiedene Farbreaktionen zeigen. Ihre „Umschlagspunkte“, bei denen sie den Farbbereich wechseln, müssen nicht zwangsläufig bei einem pH-Wert von 7 liegen.
Berechnungen von pH-Werten
Für eine wässrige Lösung einer starken Säure, z. B. Salzsäure, der Konzentration von 0,01 mol/l gilt somit: HA + H2O → H3O+ + A- c(H3O+) = c(HA) = 0,01 mol/l = 10-2 mol/lpH = -lg c(H3O+) = 2 pH-Wert schwacher Säuren und Basen HA + H2O ⇌ H3O+ + A-KS ´ = c(H3O+)⋅c(A-)c(HA)⋅c(H 2O) da ja c(A−) = c(H3O +) ist, ergibt sich: KS ´[c(H2O)] = c2(H3O +)c(HA) = KSKS[c(HA)] = c2(H3O+ )pKS−lgc(HA)=2 pHpKS−lgc(HA)2 = p H In dieser Gleichung ist nur noch die Konzentration der Säure im Gleichgewicht c(HA) unbekannt. Sie ergibt sich aus der Differenz von der Ausgangskonzentration Säure und dem dissoziierten Anteil c(A−). Da verdünnte schwache Säuren so wenig dissoziieren, also c(A−) << c(HA) ist, kann man allerdings annehmen, dass die Ausgangskonzentration der Säure nahezu gleich der Konzentration der undissoziierten Säure im Gleichgewicht ist. Für was ist der pHDer pH-Wert im Boden beeinflusst den Nährstoffhaushalt der Pflanzen. Normalerweise stehen Ammonium-Ionen und Nitrat-Ionen in den Böden bei pH=7 im Gleichgewicht. In sauren Böden überwiegen die Ammonium-Ionen und in alkalischen Böden die Nitrat-Ionen (>Stickstoffkreislauf).
Was ist ein guter pHNormalwert. Was bedeutet steigender pHFällt die Anzahl der Wasserstoff-Ionen, steigt der pH-Wert. Steigt die Anzahl der Wasserstoff-Ionen, fällt der pH-Wert. Reines Wasser hat einen pH-Wert von 7. Niedrigere Werte werden als sauer bezeichnet, höhere als basisch.
Was passiert wenn der pHIst der gemessene pH-Wert jedoch zu hoch bzw. über 7,5, wird einerseits der natürliche Säureschutzmantel der Haut zunehmen zerstört, andererseits kommt es bei hartem Wasser auch zu Kalkausfall. Vor allem aber nimmt die Desinfektionswirkung von Chlor deutlich ab. In dem Fall ist also die Zugabe von pH-Minus notwendig.
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