Chemie Grundlagen

pH Wert

Was ist der pH Wert und wie kannst du ihn messen? In diesem Beitrag erklären wir dir, welche Bedeutung der Wert hat und was sauer, neutral und basisch bedeutet.

Schau dir gerne unser Video  an, um den Inhalt dieses Beitrages in unter 5 Minuten zu verstehen.

Inhaltsübersicht

pH Wert einfach erklärt

Der pH Wert (pH-Wert) gibt dir an, wie sauer oder alkalisch (=basisch) einer wässrigen Lösung ist.
Du kannst ihn durch die Anzahl der Wasserstoff-Ionen (H^+)(= Protonen) bestimmen. Wegen der sogenannten Hydratisierung der Wasserstoff-Ionen kannst du den pH-Wert auch anhand der Oxonium-Ionen (H_3O^+) messen. Unter Hydratisierung kannst du dir einen Vorgang vorstellen, bei dem sich die H^+-Ionen in einer wässrigen Lösung über Wasserstoffbrücken an Wasser (H_2O) binden. Dadurch entstehen die Oxonium-Ionen (auch Hydronium-Ionen genannt).

Die Skala des pH Wertes reicht von 0 – 14. Je mehr Hydronium-Ionen/Wasserstoff-Ionen innerhalb der Lösung sind, desto saurer ist sie.  Werte <7 gelten dabei als sauer und Werte > 7 als alkalisch. Einen Wert von 7 kannst du als neutral ansehen.

Die Messung des pH Wertes erfolgt vor allem über klar abgetrennte Indikatorfarbstoffe. So kann er insbesondere in uns Menschen, im Boden oder in verschiedensten Alltagssituationen schnell nachgewiesen werden.

Analog zum pH Wert existiert auch der sogenannten pOH Wert. Dieser gibt die Konzentration an OH^--Ionen in einer Lösung an. Du kannst dir merken, dass der pH Wert addiert mit dem pOH Wert einer Lösung immer 14 ergeben muss.

Definition

Der Ursprung der Bedeutung des pH Wertes liegt im lateinischen. pH steht hierbei für Pondus Hydrogenii (pondus = Gewicht, Hydrogenium = Wasserstoff). Er lässt sich über den negativen dekadischen Logarithmus der Oxonium-Ionen-Konzentration (c_{H_3O^+}) nachweisen.

pH = -lg(c_{H_3O^+})

pH Wert bestimmen

Für die Bestimmung des pH-Wertes musst du herausfinden, ob es sich bei deiner vorliegenden Lösung um eine starke oder schwache Säure/Base handelt. Das kannst du anhand des sogenannten pKs Wert erkennen. Diesen kannst du dir als eine Stoffkonstante vorstellen. Je kleiner der pKs Wert, desto stärker ist die Säure.
Die allgemeine Formel zur Berechnung des pH Wertes lautet:

pH = -lg(c_{H_3O^+})

Mehr zu der Berechnung des pH Werts für starke und schwache Säuren/Basen findest du in unserem Beitrag pH Wert berechnen .

Video: pH wert berechnen
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Video: pH Wert berechnen

pH Wert Skala

Häufig wird der pH-Wert durch eine einheitliche Farbskala verdeutlicht. Die Farbe einer Lösung entsteht dabei durch einen pH-Indikator. Dieser verfärbt sich dann, je nachdem, ob die Lösung sauer, basisch oder neutral ist.

Bei sauren Lösungen färbt sich der pH-Indikator rot. Die basischen Lösungen zeichnen sich im pH-Indikator durch die Farbe blau ab.

pH-Wert Skala
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pH-Wert Skala

pH Wert Tabelle

Folgende Tabelle gibt dir einen Überblick über gängige Substanzen inklusive ihres pH Wertes:

Substanz pH Wert Art
Salzsäure 3,6 % 0 Sauer
Salzsäure 1,0
Magensäure 1,5
Zitronensäure, Zitronensaft 2
Essigsäure, Essigessenz 2,5
Coca Cola, Essig 3
Orangensaft 3,5
Wein 4
Saure Milch 4,5
Kaffee, Bier 5
Tee, Hautoberfläche 5,5
Mineralwasser 6
Milch 6,5
Reines Wasser 7 Neutral
Blut 7,5 Basisch
Dünndarm-Saft, Pankreassekret 8
Meerwasser 8,5
Backpulver 9
Seife 9,5
Waschmittel 10
Natriumcarbonat 10,5
Pottasche 11
Haushalts-Ammoniak 11,5
Kalk 12
Bleichmittel 12,5
Rohrreiniger 13
Kalilauge 13,5
Natronlauge 14

Der pH Wert des reinen Wassers kann je nach Härte zwischen pH 6 und pH 8,5 variieren.

pH Wert messen

In einer Lösung kann der pH Wert durch verschiedene Methoden gemessen werden.

pH-Messstreifen

Die einfachste Methode ist die Messung durch einen pH-Messstreifen. Innerhalb eines relativ engen Messbereiches reicht das Farbspektrum eines einzelnen Indikatorfarbstoffes aus.

Für einen größeren Messbereich kommen dabei die sogenannten Universalindikatoren zum Einsatz. Dieser besteht aus einer Mischung mehrerer Indikatorsubstanzen mit jeweils verschiedenen Farben. Oft genutzte Indikatorsubstanzen sind zum Beispiel Thymolblau, Bromthymolblau, Methylrot und Phenolphthalein. Diese Stoffe verfärben sich jeweils bei unterschiedlichen pH Werten:

  • Thymolblau: pH 1,2-2,8: violett nach gelb; pH 8,0-9,6: gelbgrünlich nach blau
  • Bromthymolblau: pH 5,8-7,6: gelb nach blau
  • Phenolphthalein: pH 0-8,2: farblos; pH 10-13: rosa-violett; pH 13-14: farblos
  • Methylrot: pH < 4,4: rot; pH 4,4-6,2: orange; pH > 6,2: gelb

Durch Imprägnieren von Filterpapieren mit diesen Indikatorlösungen erhält man dann einen pH-Messstreifen (= Indikatorpapier). Um den pH Wert innerhalb des Menschen zu bestimmen, wird dieser meist durch einen pH-Messstreifen innerhalb des Urins gemessen.

pH-Meter

Eine weitere Methode zur Bestimmung des pH Wertes ist das sogenannte pH-Meter. Dieses beruht auf dem Prinzip der Potentiometrie. Unter Potentiometrie kannst du dir ein Verfahren mit einer Indikatorelektrode und einer Referenzelektrode vorstellen. Dabei wirf die Spannung (Potentialdifferenz) der Indikatorelektrode gegen eine Referenzelektrode mit einem konstanten Potential gemessen.

Beim pH-Meter wird eine mit einer Pufferlösung gefüllte Glaskugel in die zu messende Flüssigkeit eingetaucht. Die Wasserstoffionen (H^+) lagern sich dabei an die Glaskugel an. Nun baut sich je nach pH-Differenz eine Spannung zwischen Innen- und Außenseite der Kugel auf. Die Spannung der Indikatorelektrode innerhalb der Glaskugel wird dann in Bezug auf die Referenzelektrode gemessen.

Feldeffekt-Transistoren

Eine dritte Methode zur Messung des pH Wertes ist durch sogenannte Feldeffekt-Transistoren. Hierbei wird eine bestimmte Gruppe von Transistoren in die zu messende Flüssigkeit eingetaucht. Die Wasserstoffionen lagern sich nun an dem Feldeffekttransistor an. Dabei baut sich wieder ein Potential auf, dass danach gemessen werden kann.

pH Wert Bedeutung

Der pH Wert spielt in einigen Zusammenhängen eine entscheidende Rolle. Nicht nur in der Chemie, sondern auch in uns Menschen oder in alltäglichen Lösungen ist ein ordnungsgemäßer Wert wichtig.

Mensch

Der pH Wert des Blutes in uns Menschen variiert meist zwischen den Werten 7,35 – 7,43. Je geringer dabei der Wert von Blut ist, desto weniger Sauerstoff kann es binden. Wenn der pH Wert unter 7,35 sinkt, liegt eine sogenannte Azidose vor. Durch diese Übersäuerung kann es zu einer Atemnot oder zu einem Blutdruckanstieg kommen.

Steigt der pH Wert dagegen über einen Wert von 7,43, kannst du von einer Alkalose sprechen.

Auch die Haut des Menschen hat den bestimmten pH Wert von 5,5. Dieser Wert dient zum Schutz vor Krankheitserregern. Das leicht säuerliche Milieu kann Bakterien davon abhalten, sich auf der Haut abzulagern und zu wachsen. Ein häufiges Waschen mit einer Seife (pH 9,5) kann dazu führen, dass sich der pH Wert der Haut erhöht. Dadurch kann diese kurzzeitig anfälliger für Infektionen sein.
Sogenannte pH-neutrale Seifen haben somit keinen neutralen pH Wert, sondern einen leicht sauren.

Doch nicht nur die Haut hat einen bestimmten pH Wert, sondern auch der Speichel und der Magen (Magensäure) des Menschen. Grundsätzlich hat Speichel mit 6,5 – 7,2 einen relativ neutralen Wert. Da der Wert aber durch Nahrungsaufnahme beeinflusst werden kann, schwankt er im Verlaufe des Tages relativ stark.

Der Magen mit seiner Magensäure ist mit einem Wert von 1,2 – 3 sehr sauer. Dieser saure Wert ist für den Magen extrem wichtig, da viele Verdauungsenzyme erst bei diesen niedrigen Werten arbeiten können.

Auch bei der menschlichen Fortpflanzung hat der pH Wert eine wichtige Rolle. Das Milieu um die Scheide hat meist einen pH Wert von knapp unter 4,5. Dies dient zum Schutz vor Krankheitserregern. Da das Sperma des Mannes mit einem Wert von 7,2 – 7,8 im basischen Bereich liegt, kommt es beim Geschlechtsakt zu einem optimalen Milieu für die Spermienbewegung.

Nachfolgend sind weitere wichtige Bestandteile des menschlichen Körpers mit ihren zugehörigen pH Werten aufgelistet:

  • Bauchspeicheldrüse (8 – 8,4)
  • Urin (4,8 bis 7,6)
  • Gallenblase (7,1)
  • Leber (7,1)
  • Dünndarm (6 – 8)
  • Dickdarm (5,5 – 6,5)
  • Bindegewebe (7,1 – 7,3)

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Chemie

In der Chemie spielt der pH Wert eine wichtige Rolle bei verschiedensten chemischen Strukturen. Abhängig vom pH Wert kann sich die Strukturformel%Verweis einer chemischen Verbindung ändern. Durch diese Strukturänderung kann es auch unter Umständen zu einer Veränderung der Farbe des Stoffes kommen.

Außerdem kannst du den pH Wert als Katalysator nutzen. So kannst du durch eine Erhöhung/Erniedrigung des Wertes die Anzahl an Wasserstoffionen erhöhen/erniedrigen. Diese können die Reaktionsgeschwindigkeit positiv oder negativ beeinflussen.

Boden

Der pH Wert im Boden kann die Nahrungsaufnahme von Pflanzen beeinflussen. Ein wichtiger Nährstoff für die Pflanzen ist der Stickstoff (NH_3). Diesen nehmen sie entweder durch Ammonium-Ionen ({NH_4}^+) oder durchNitrat-Ionen ({NO_3}^-) auf. Bei einem neutralen Wert (7) sind diese beiden Ionen im Gleichgewicht. Bei sauren Böden (pH<7) überwiegen die Ammonium-Ionen und bei alkalischen Böden die Nitrat-Ionen.

Pflanzen, die aufgrund ihrer Wurzeldurchlässigkeit lediglich Ammonium-Ionen aufnehmen können, sind somit auf saure Böden angewiesen.

Alltag

In unserem Alltag existieren ebenfalls zahlreiche Anwendungsfälle für den pH Wert.

In Aquarien erfordern Pflanzen und Fische bestimmte pH-Bereiche. So kann für einige Süßwasserfische ein saurer Bereich (pH = 6) passend sein. Andere Fischarten können dagegen nur bei neutralem Wasser (pH = 7) oder alkalischem Wasser (pH = 8) überleben.

Doch nicht nur im Wasser für die Fische, sondern auch in unserem Trinkwasser ist ein ordnungsgemäßer pH-Bereich wichtig. Nach der Trinkwasserverordnung muss das Trinkwasser aus der Leitung einen pH Wert zwischen 6,5 und 9,5 besitzen. Ein niedrigerer Wert kann Metallionen aus der Leitungswand lösen, die das Trinkwasser verschmutzen können.

Andere Anwendungen im Alltag können beispielsweise bei der pH-Messung im Pool oder bei verschiedenen Lebensmitteln sein.


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