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pH-Wert

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pH-Wert

Du hast in einer Werbung über Seife bestimmt schon einmal die Bezeichnung „pH-hautneutral“ gehört, doch für was steht überhaupt dieses „pH“?

Den pH-Wert wirst du sicherlich vorrangig aus deinem Chemieunterricht kennen. Hierbei steht dieser häufig im Kontext von Säuren und Basen. Allerdings spielt er genauso eine Rolle, wenn es darum geht, dass du die perfekte Seife für dich und besonders auch für deine Haut findest.

Ein kurzer Überblick zum pH-Wert

Grundsätzlich gibt dir der pH-Wert an, wie sauer oder alkalisch, auch basisch genannt, eine wässrige Lösung ist. Er wird über die Konzentration der Oxonium-Ionen c(H3O+) in einer Lösung bestimmt. Abgespaltene Protonen lagern sich dabei an Wasser an und bilden sogenanntes protoniertes Wasser. Protonen können dabei beispielsweise von Säuren kommen, wodurch dann der pH-Wert beeinflusst wird.

Sicherlich kennst du aus dem Unterricht, dass die Wasserstoffionenkonzentration gemessen wird. Das ist so leider nicht richtig, da in der Realität keine Protonen allein vorkommen. Sie lagern sich immer an Wasser an. Daher ist es umso besser, wenn du dir direkt merkst, dann die Oxonium-Konzentration der entscheidende Faktor ist.

Aus dieser Funktionsweise ergibt sich der Begriff "pH". Dieser kommt aus dem lateinischen potentia Hydrogenii und bedeutet wörtlich übersetzt "das Gewicht von Wasserstoff".

Die Skala für den pH-Wert erstreckt sich über den Bereich von 0-14. Der Wert 7 sagt dir, dass die Lösung neutral ist. Alle Werte unter 7 gelten als sauer, während Werte über 7 wiederum als basisch oder auch alkalisch zählen. Es gilt: je weiter der Wert von der 7 entfernt ist, desto stärker ist die Säure beziehungsweise Base oder Lauge.

pH-Wert, pH-Wert Tabelle, StudySmarterAbbildung 1: pH-Wert-Tabelle zur BestimmungQuelle: wetrok.ch

Die Färbung, die hier angegeben ist, trifft nicht auf jeden Indikator zu, mit dem du während deiner chemischen Karriere in Kontakt kommst. Hier wurde sehr wahrscheinlich Unitest verwendet. Dieser Universalindikator erlaubt einen möglichst großen Überblick über die verschiedenen pH-Werte und ist besonders in der Schule meist der "Standard"-Indikator.

pH-Wert – Beispiele

Die folgende Tabelle zeigt dir verschiedene Lösungen und die entsprechenden pH-Werte. Einige Stoffe wirst du sicherlich auch aus deinem Alltag kennen. Das zeigt dir umso mehr, dass es sich hierbei nicht nur um ein chemisches Hilfsmittel handelt, sondern auch in deinem Alltag fest verankert ist.

LösungpH-Wert
Salzsäure1
Zitronensaft1,8 - 2,4
Cola2,0 - 4,0
Wein3,0 - 4,0
Mineralwasser5
Urin6
reines Wasser7
Blut7,4
Meerwasser7,5 - 8,4
Seifenlösung8 - 10
Rohrreiniger13
Natronlauge14

Bestimmung der Säure- und Basestärke anhand des pH-Wertes

Um das herauszufinden verwendest du den negativen dekadischen Logarithmus der Oxonium-Ionen-Konzentration –log10 c(H3O+)!

Jetzt kommt ein wenig Mathematik ins Spiel. Der negative dekadische Logarithmus ist nichts anderes als der Zehnerlogarithmus oder der Logarithmus zur Basis 10. Um dieses Thema ein wenig aufzufrischen, machen wir zwei Beispiele zur Berechnung des pH-Wertes:

Für das erste Beispiel betrachtest du eine Lösung mit einer vergleichsweise hohen Konzentration.

RechenschrittRechnung
Aufstellen der Konzentration pH-Wert berechnen mit hoher Konzentration StudySmarter
dekadischer LogarithmuspH-Wert berechnen dekadischer Logarithmus StudySmarter
negativer dekadischer LogarithmuspH-Wert berechnen negativer dekadischer Logarithmus StudySmarter

Du erhältst einen pH-Wert von 2. Dieser liegt sehr niedrig und vor allem unter 7. Es handelt sich entsprechend um eine Säure.

Für das zweite Beispiel gehst du die gleichen Schritte durch. In diesem Fall betrachtest du aber eine sehr niedrig liegende Konzentration:

RechenschrittRechnung
Aufstellen der KonzentrationpH-Wert berechnen mit niedriger Konzentration
dekadischer LogarithmuspH-Wert berechnen dekadischer Logarithmus StudySmarter
negativer dekadischer LogarithmuspH-Wert berechnen negativer dekadischer Logarithmus StudySmarter

Mit einem pH-Wert von 10 liegt der Wert deutlich über 7. Die Lösung ist entsprechend alkalisch, auch basisch genannt.

So gelangt man von der Oxonium-Ionen-Konzentration zum pH - Wert.

  • Höhere Konzentrationen = niedrige pH-Werte = Säure
  • Niedrigere Konzentrationen = hohe pH-Werte = Base/Lauge

Prinzipiell ist diese Änderung der Konzentration erst dank der Autoprotolyse des Wassers möglich. Diese lässt sich mit folgender Reaktionsgleichung beschreiben:

pH-Wert Autoprotolyse Wasser Reaktionsgleichung StudySmarter

Bei einem neutralen pH-Wert liegt diese Gleichung im perfekten Gleichgewicht vor. Verändert sich nun die Umgebung, indem du Säuren oder Basen hinzugibst, verändert sich auch dein pH-Wert. Gibst du beispielsweise eine Säure hinzu, entsteht ein Überschuss an Oxonium-Ionen, die nicht ausreichend Hydroxid-Ionen (OH-) finden, um zurück zu Wasser zu reagieren. Die erhöhte Oxonium-Konzentration nimmst du dann als niedrigeren pH-Wert wahr.

Umgekehrt verhält es sich bei einer basischen Umgebung. Die Konzentration der Hydroxid-Ionen steigt, wenn du eine Base hinzugibst. Aufgrund des Überschusses an Hydroxid-Ionen kann nun jedes Oxonium-Ion einen Reaktionspartner finden und zu Wasser reagieren. Dies geschieht schneller, als aus Wasser wieder Oxonium-Ionen und Hydroxid-Ionen entstehen. Folglich sinkt die Konzentration der Oxonium-Ionen, was in einem steigenden pH-Wert resultiert. Du nimmst die Lösung folglich als basisch wahr.

Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der Oxoniumionen-Konzentration c(H3O+), also pH-Wert Definition Berechnung StudySmarter .

Vorteile der Oxoniumionen-Konzentration

Die Vorteile liegen einmal darin, dass, obwohl Oxoniumionen-Konzentrationen meist sehr kleine und nervige Zahlen sind, der dekadische Logarithmus es ermöglicht, dass mit diesen Zahlen gearbeitet werden kann. Wichtiger Punkt dabei ist vor allem, dass sie auch vorstellbar sind.

Aufgrund dessen, dass die Konzentration aber teilweise auch weit unter 1 liegt, kommen dabei meistens negative Werte heraus. Man berechnet hier dann das Minus mit ein, damit positive Zahlen herauskommen, mit denen man besser rechnen kann. Das bedeutet, man kann vom pH-Wert auch wieder auf die Konzentration kommen, wenn man das möchte.

Bedeutung der pH-Wert-Änderung

Nachdem du nun gelernt hast, was der pH-Wert ist, und, wie er berechnet wird, kommt dir die Idee dahinter vielleicht nicht mehr völlig verwirrend vor. Dennoch stellt sich bestimmt auch dir die Frage, was man damit jetzt anfangen kann.

Was heißt es, wenn sich der pH-Wert um 1 ändert?

Da bei dem pH-Wert von Konzentrationen die Rede ist, bietet es sich in diesem Fall an, den pH-Wert mit einer Verdünnungsreihe zu vergleichen. Dafür schaust du dir die Salzsäure am besten genauer an. In 1-molarer Konzentration liegt der pH-Wert laut Berechnung nun bei 0.

Wird die Lösung um den Faktor 10 verdünnt, besitzt du nur noch eine 0,1-molare Salzsäure. Die Konzentration beträgt entsprechend 10-1. Der negative, dekadische Logarithmus ergibt den pH-Wert 1. Bei einer weiteren Verdünnung um den Faktor 10 erhält man nun den pH-Wert 2.

Leider funktioniert dieser Zusammenhang nur für starke Säuren, die in Lösung tatsächlich vollständig protonieren. Bei schwachen Säuren bzw. Basen sieht der Zusammenhang anders aus.

In diesem Fall lässt sich formulieren, dass der pH-Wert um 1 steigt, wenn die Lösung um den Faktor 10 verdünnt wird. Für schwache Säuren und Basen gilt jedoch, dass der pH-Wert in diesem Fall nur noch um 0,5 steigt bei einer ähnlichen Verdünnung. Dies wird dadurch begründet, dass schwache Säuren und Basen in Lösung nicht vollständig dissoziieren.

Sicher sein kannst du dir nur, wenn du den pH-Wert tatsächlich misst. Dafür gibt es unterschiedliche Methoden, die du gleich kennenlernst. Doch zuvor widmest du dich am besten noch dem Partner des pH-Werts.

Gegenstück zum pH-Wert: der pOH-Wert

Aus der Autoprotolyse des Wasser ergibt sich, dass dabei nicht nur H3O+-Ionen entstehen, sondern auch OH--Ionen. Auch für diese Konzentration gibt es einen entsprechenden Wert: den pOH-Wert.

Der pOH-Wert gibt in einer Lösung die Konzentration der Hydroxid-Ionen (OH-) an. Er ist äquivalent zum pH-Wert und gibt ebenfalls Auskunft darüber, wie stark sauer oder basisch eine Lösung ist. In diesem Fall gilt jedoch:

  • Je höher der pOH-Wert ist, desto saurer ist die Lösung.
  • Je geringer der pOH-Wert ist, desto basischer / alkalischer ist die Lösung.

Aus dieser Definition ergibt sich bereits, dass pH-Wert und pOH-Wert in enger Verbindung stehen. Tatsächlich ergibt die Summe beider Werte immer 14. In der oberen Tabelle wurde Salzsäure beispielsweise mit einem pH-Wert von 1 angegeben. Der entsprechende pOH-Wert liegt dann bei 13.

Tatsächlich kann er genauso über den negativen dekadischen Logarithmus berechnet werden, nur wird hierfür die Hydroxidionen-Konzentration verwendet:

pH-Wert pOH-Wert Berechnung StudySmarter

Dieser Wert kann immer dann für dich hilfreich sein, wenn dir die Hydroxidionen-Konzentration gegeben ist. Anschließend kannst du den pH-Wert berechnen über:

pH-Wert berechnen über pOH-Wert StudySmarter

In der praktischen Anwendung wird der pOH-Wert allerdings deutlich seltener verwendet.

pH-Wert messen

Die Höhe des pH-Wertes wird durch eine einheitliche Farbskala dargestellt. Doch wie kannst du den pH-Wert messen?

pH-Wert messen Messstreifen StudySmarterAbbildung 2: Messung des pH-Werts mithilfe eines pH-MesstreifensQuelle: diybook.at

Dafür gibt es mehrere Methoden. Zu den einfachsten Methoden gehört die Messung durch einen pH-Messstreifen. Diese entstehen durch das Verbinden von Filterpapieren mit Universalindikatorlösung. Charakteristisch hierfür ist die Reaktion der Lösung auf alle verwendeten Indikatoren auf dem Messstreifen.

In Abhängigkeit vom pH-Wert verändern manche chemische Verbindungen ihre Struktur und auch ihre Farbe. Dieses Verhalten ist ideal für einen Indikator. Die Auswertung anhand der entstandenen Farbe erfolgt dann anhand einer Vergleichsskala.

pH-Wert messen Bestimmung Indikatorpapier StudySmarterAbbildung 3: Messen des pH-Werts mithilfe von Indikatorpapier Quelle: welltec-wasser.de

Daneben gibt es noch das Indikatorpapier. Mithilfe eines Indikatorpapiers lässt sich der pH-Wert auch sehr einfach bestimmen. Der bekannte Lackmustest zeigt Basen blau und Säuren rot an.

Wie der Name es schon sagt, beruht der Lackmustest auf einer Struktur namens Lackmus. Diese weist die Eigenschaft auf, dass sie sich bei einem pH-Wert unter 4,5 rot verfärbt. Über 8,3 erscheint Lackmus dann blau. Der Bereich dazwischen ist violett.

Dieser Test ist zur allgemeinen Unterscheidung gut geeignet. Allerdings ist dieser Test aufgrund der geringen Farbvarianz sehr ungenau. Besonders in den niedrigen Bereichen der starken Säuren oder hohen Bereichen der starken Basen kann keine genauere Betrachtung durchgeführt werden.

Wie beim pH-Messstreifen erfolgt auch hier die Auswertung der Farbe mit Hilfe einer Vergleichsskala. Hier muss jedoch nur anhand einer Farbe verglichen werden.

pH-Wert messen Messung pH-Meter StudySmarterAbbildung 4: Messen mithilfe eines pH-MetersQuelle: prozesstechnik-industrie.de

Der pH-Wert lässt sich auch mit einem pH-Meter messen. Dabei wird der Wert auf elektrochemischem Weg bestimmt und nicht wie bei den beiden Beispielen davor über Säure-Base-Indikatoren.

Hierbei wird eine, mit Pufferlösung gefüllte Glasmembrankugel in die zu testende Flüssigkeit eingetaucht. Diese ist halbdurchlässig für Oxonium-Ionen. In diese Innenlösung wird eine Elektrode eingetaucht. Als Referenz dient eine Elektrode, die sich in der gleichen Pufferlösung ohne durchlässige Membran befindet. Durch die einströmenden Oxonium-Ionen in die Glasmembrankugel entsteht eine Potentialdifferenz, die über den pH-Meter in direkten Zusammenhang mit dem pH-Wert gebracht wird.

Der pH-Wert im Alltag

pH-Wert im Menschen

Bei uns Menschen kann eigentlich überall ein pH-Wert gemessen werden. Der pH-Wert des Blutes muss zum Beispiel immer zwischen den Werten 7,35 und 7,43 liegen. Wenn er darüber oder darunter ist, ist das oft ein Anzeichen einer Erkrankung.

Die Haut hat einen pH-Wert von ca. 5,5. Dieser leicht saure Wert schützt uns vor verschiedensten Krankheitserregern, wie Bakterien. Durch das Waschen mit einer Seife mit einem hohen alkalischen Wert kann sich der pH-Wert deiner Haut sogar kurzzeitig erhöhen. Um den Schutzfilm der Haut zu schonen, gibt es Waschlotionen, die auf den pH-Wert der Haut abgestimmt sind. Das ist das, was du dann als pH-hautneutral kennst.

pH-Wert im Wasser

Misst man den pH-Wert des Trinkwassers, so erfasst man üblicherweise einen neutralen bis schwach basischen Wert. Dieser liegt zwischen 7,0 und 8,5. Aufgrund des sauren Regens sinkt der pH-Wert jedoch schon seit mehreren Jahren.

Aus diesem Grund muss das Wasser aus einigen Quellen vorab durch spezielle Verfahren entsäuert werden, sodass ein optimaler pH-Wert für den menschlichen Organismus gewährleistet werden kann. Nach der Trinkwasserverordnung muss das Wasser, das wir aus der Leitung trinken, einen pH-Wert zwischen 6,5 und 9,5 besitzen. Ein niedrigerer Wert kann Metallionen aus der Leitungswand lösen, die dadurch das Trinkwasser verschmutzen können.

pH-Wert bei Lebensmitteln

Die meisten Lebensmittel werden nach kurzer Zeit von Mikroorganismen zersetzt, wenn man sie bei Zimmertemperatur an der Luft liegen lässt. Eine Möglichkeit, dies zu verhindern, besteht im Absenken des pH-Wertes. Essigsäure wird vor allem zur Konservierung von Gemüse und Fischkonserven eingesetzt. Sie senkt den pH-Wert, sodass der Stoffwechsel vieler Mikroorganismen nicht funktioniert.

Der pH-Wert in der Chemie

Zu saure oder zu basische Lösungen können Stoffe, wie zum Beispiel die menschliche Haut, angreifen. Deshalb wäre es nicht verkehrt zu wissen, was welcher pH-Wert bedeutet, bevor die Haut mit unbekannten Lösungen in Kontakt kommt.

Außerdem spielt der pH-Wert eine wichtige Rolle bei verschiedensten Strukturen in der Chemie.

Wie bereits bei den pH-Messstreifen erwähnt kann sich die Strukturformel einer chemischen Verbindung ändern und durch diese Strukturänderung kann es auch zu einer Farbveränderung des Stoffes kommen. Zudem kann der Reaktionsablauf in saurer Lösung ganz anders sein, als in basischer. Beispielsweise beeinflusst der pH-Wert bei vielen Reaktionen der Chemie die Reaktionsgeschwindigkeit. Bei diesen spielen die Wasserstoffionen oft die Rolle eines Katalysators.

pH-Wert - Das Wichtigste

  • Der pH-Wert gibt mithilfe des negativen dekadischen Logarithmus der Oxoniumionen-Konzentration c(H3O+) an, wie sauer oder basisch/alkalisch eine wässrige Lösung ist.
  • Er kann berechnet werden über: . Die Werte für den pH-Wert erstrecken sich üblicherweise von 0-14.
  • Bei starken Säuren und Basen bedeutet eine Verdünnung um den Faktor 10 eine pH-Wert-Änderung um 1.
  • Das Gegenstück zum pH-Wert ist der pOH-Wert. Die Summe beider Werte ergibt immer 14.
  • Mithilfe eines pH-Messstreifens, einem Indikatorpapier oder einem pH-Meter lässt sich der pH-Wert bestimmen und messen.

Häufig gestellte Fragen zum Thema pH-Wert

Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der Oxonium-Ionen-Konzentration c(H3O+).

Also: pH = -log10(c(H3O+).

Der pH-Wert gibt an, wie sauer oder basisch/alkalisch eine wässrige Lösung ist.

Der pH-Wert sinkt, wenn die Lösung eine Säure ist und somit mehr freie Oxoniumionen vorhanden sind. 

Die Tabelle für den pH-Wert streckt sich von 0-14. 

7 = neutral,  < 7 = Säure, > 7 = Base

Finales pH-Wert Quiz

Frage

Was gibt der pH-Wert an?

Antwort anzeigen

Antwort

Der pH-Wert gibt an, wie sauer oder basisch/alkalisch eine wässrige Lösung ist. 

Frage anzeigen

Frage

Über welchen Wertebereich streckt sich die Skala des pH-Wertes?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Skala streckt sich von 0-14. 

Der Wert 7 gilt als neutral, die Zahlen unter 7 als sauer, die Zahlen über 7 als basisch.

Frage anzeigen

Frage

Woher kommt der Begriff "pH", wie lautet dieser und wie lässt er sich übersetzen?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Begriff "pH" kommt aus dem lateinischen „potentia Hydrogenii“ und lässt sich übersetzen zu „das Gewicht von Wasserstoff“.

Frage anzeigen

Frage

Wie kannst du anhand des pH-Wertes herausfinden, wie sauer oder basisch/alkalisch eine Lösung ist?


Antwort anzeigen

Antwort

Dafür benutzt man den negativ dekadischen Logarithmus der Oxonium-Ionen-Konzentration:






Frage anzeigen

Frage

Bei der Bestimmung mit Hilfe des pH-Wertes zu merken ist: 

Antwort anzeigen

Antwort

Höhere Konzentration 

= niedrige pH-Werte 

= Säure

Niedrigere Konzentration 

= höhere pH-Werte 

= Base

Frage anzeigen

Frage

Der pH-Messstreifen:


Fülle die Lücken:


Diese entstehen durch das Verbinden von 1) .................................. mit  2) ....................................lösung.

In Abhängigkeit vom 3) ........................... verändern manche chemischen Verbindungen ihre Struktur und auch ihre 4) ................... Dieses Verhalten ist 5) ................. für einen Indikator. Die Auswertung anhand der entstandenen Farbe erfolgt dann anhand einer 6) .....................................


Antwort anzeigen

Antwort

1) Filterpapieren

2) Universalindikator

3) pH-Wert

4) Farbe

5) ideal

6) Vergleichsskala

Frage anzeigen

Frage

Das Indikatorpapier:


Was bedeutet die Farbe blau? Was bedeutet die Farbe rot?

Antwort anzeigen

Antwort

blau = Base

rot = Säure

Frage anzeigen

Frage

Was kann man daraus schließen, wenn der pH-Wertes des Blutes außerhalb des normalen Bereichs ist?

Antwort anzeigen

Antwort

Daraus lässt sich eine Erkrankung des Menschen schließen.

Frage anzeigen

Frage

Richtig oder Falsch:


Wasser hat einen neutralen bis leicht schwachen pH-Wert.

Antwort anzeigen

Antwort

Richtig

Frage anzeigen

Frage

Der pH-Wert bei Lebensmitteln:


Richtig oder Falsch:


Die meisten Lebensmittel werden nach kurzer Zeit von Mikroorganismen zersetzt, wenn man sie bei Zimmertemperatur an der Luft liegen lässt. Eine Möglichkeit, dies zu verhindern, besteht im Anheben des pH-Wertes. 


Antwort anzeigen

Antwort

Falsch

Frage anzeigen

Frage

Warum ist der pH-Wert in der Chemie wichtig?

Antwort anzeigen

Antwort

Zu saure/basische Lösungen können die Haut angreifen

Frage anzeigen

Frage

Warum hat die menschliche Haut einen leicht säuerlichen Wert von ca. 5,5?

Antwort anzeigen

Antwort

Dieser Wert schützt uns vor verschiedensten Krankheitserregern wie Bakterien.


Frage anzeigen

Frage

Womit lässt sich der pH-Wert messen?

Antwort anzeigen

Antwort

pH-Meter

Frage anzeigen

Frage

Ist diese Lösung sauer oder basisch? Berechne!






Antwort anzeigen

Antwort


Also ist die Lösung eine Säure.


Frage anzeigen

Frage

pH-Werte Tabelle:


Wähle eine richtige Antwort.

Antwort anzeigen

Antwort

Je weiter der Wert von der 7 entfernt ist, desto stärker ist die Säure bzw. Base/Lauge.

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