pH-Wert: Definition, Beispiele & Messung | StudySmarter
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pH-Wert

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Chemie

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

In diesem Artikel geht es um den pH-Wert. Wir erklären dir alles, was du zum Thema pH-Wert wissen musst: Wie lässt sich der pH-Wert definieren? Womit lässt sich der pH-Wert messen, wie lässt er sich rechnerisch bestimmen und wo findet man den pH-Wert im Alltag?






Was gibt der pH-Wert eigentlich an? - Überblick


Grundsätzlich gibt dir der pH-Wert an, wie sauer oder alkalisch, auch basisch genannt, eine wässrige Lösung ist. Bestimmen kannst du ihn durch die Anzahl der Wasserstoff Ionen . Wegen der sogenannten Hydratisierung der Wasserstoff-Ionen kannst du den pH-Wert auch anhand der Oxonium-Ionen, messen. Unter „Hydratisierung“ kannst du dir einen Vorgang vorstellen, bei dem sich die - Ionen in einer wässrigen Lösung über Wasserstoffbrücken an Wasser binden.

 

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 streckt sich über den Bereich von 0-14. Der Wert 7 sagt dir, dass die Lösung neutral ist. Alle Werte unter 7 gelten als sauer, Werte über 7 wiederum als basisch/alkalisch. Es gilt: je weiter der Wert von der 7 entfernt ist, desto stärker ist die Säure bzw. Base/Lauge. 

 

pH-Wert, pH-Wert Tabelle, StudySmarterAbbildung 1: pH-Wert Tabelle, um den pH - Wert zu bestimmen Quelle: seilnacht.com


Beispiele Lösungen mit jeweiligem pH-Wert - Tabelle:


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


Wie kann ich nun anhand des pH-Wertes herausfinden, wie sauer oder basisch/alkalisch meine Lösung ist?


Um das herauszufinden verwendest du den negativ dekadischen Logarithmus der Oxonium-Ionen-Konzentration 

!


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


Beispiel 1 mit einer relativ hohen Konzentration:

dekadischer Logarithmus:

! negativ: , ein niedriger pH-Wert. Also handelt es sich hier um Säuren.

 

Beispiel 2 mit einer niedrigen Konzentration:

dekadischer Logarithmus:

! negativ: , ein hoher pH-Wert. Also handelt es sich hier um Basen/Laugen


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

 

  • Höhere Konzentrationen = niedrige pH - Werte = Säure

 

  • Niedrigere Konzentrationen = hohe pH - Werte = Base/Lauge

 

Merksatz: 

Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der Oxonium-Ionen-Konzentration.

Also: pH =  


Wozu macht man sich diese Mühe?


Die Vorteile liegen einmal darin, dass Wasserstoff - Konzentrationen meist sehr kleine und nervige Zahlen sind, ermöglicht der dekadische Logarithmus es, dass es natürliche Zahlen ohne Kommastellen werden. 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.



Wie kann man den pH-Wert messen?


pH-Wert, pH-Messstreifen, StudysmarterAbbildung 2: Messung des pH-Wertes mit einem pH-Messstreifen, Quelle: hajovital.de















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

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.  

In Abhängigkeit vom pH - Wert verändern manche chemischen 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, Indikatorpapier, StudysmarterAbbildung 3: Messung des pH-Wertes mit Indikatorpapier, Quelle: seilnacht.com














Daneben gibt es noch das Indikatorpapier.

Mit Hilfe eines Indikatorpapiers lässt sich der pH-Wert auch sehr einfach bestimmen. Der bekannte Lackmustest zeigt Basen blau und Säuren rot an.

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, pH-Meter, StudysmarterAbbildung 4: Messung des pH-Wertes mit einem pH-Meter, Quelle: carlroth.com
















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

Insider Hint: Hierbei wird eine, mit Pufferlösung gefüllte, Glasmembrankugel in die zu testende Flüssigkeit eingetaucht.

Bei diesem Vorgang neigen sich die Wasserstoffionen, wodurch zwischen der Innen- und Außenseite der Glaskugel eine galvanische Spannung aufgebaut wird. Diese Spannung richtet sich nach dem pH - Wert der Lösung. Ihre elektromagnetische Kraft kann mithilfe von zwei Bezugselektroden gemessen werden.




Wo findet man den pH-Wert im Alltag?


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. 


Im Wasser:


Misst man den pH-Wert des Trinkwassers, so erfasst man üblicherweise einen neutralen bis schwach basischer 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. 


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.



Wofür brauche ich den pH-Wert in der Chemie?


Zu saure oder zu basische Lösungen können Stoffe wie zum Beispiel 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





Das Wichtigste zum pH-Wert auf einen Blick!


  • der pH - Wert gibt mit Hilfe des negativen dekadischen Logarithmus der Oxonium-Ionen-Konzentrationan, wie sauer oder basisch/alkalisch eine wässrige Lösung ist
  • also: pH =

  • die Tabelle für den pH-Wert streckt sich von 0-14
  • = neutral,  < 7 = Säure, > 7 = Base

  • Mit Hilfe eines pH - Messstreifens, einem Indikatorpapier oder einem pH - Meter lässt sich der pH-Wert messen

  • der pH-Wert ist in der Chemie wichtig, denn er kann chemische Strukturen verändern und somit zu Farbveränderungen oder veränderten Reaktionsgeschwindigkeiten führen



Häufig gestellte Fragen zum Thema pH-Wert

Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der Oxonium-Ionen-Konzentration.

Also: pH =

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

Der pH-Wert sinkt, wenn die Lösung eine Säure ist.

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

= 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 kann ich 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.

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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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