pH-Wert

Startseite >>> Lexika >>> Säurelexikon >>> pH-Wert pH-Wert
Beim Halten von Fischen im Aquarium muss ein bestimmter pH-Wert eingehalten werden. Dabei wird die Konzentration an Säure oder Lauge mit Hilfe eines pH-Streifens gemessen.

Zoom!

Bild vergrößern (nur auf CD-ROM) Messen des pH-Wertes mit einem Teststreifen

Beim pH-Teststreifen handelt es sich um ein auf Papierstreifen aufgetragenen Indikator, der sich um so mehr nach Rot verfärbt, je mehr Säure im Wasser enthalten ist. Bei Laugen verfärbt sich das Papier blau. Die Abstufung der Färbung entspricht einer Skala, die auch als pH-Skala bezeichnet wird:

Der Ausgangspunkt der Skala ist neutrales Wasser, das bei 25°C immer pH=7 besitzt. Werte unterhalb von pH=7 zeigen Säuren an, Werte oberhalb von pH=7 Laugen, bzw. Alkalien. Je kleiner der pH-Wert, um so stärker ist die vorhandene Säure. Die Skala ist so abgestuft, dass pro Wert die Säurestärke um den Faktor 10 zunimmt. Eine Säure mit dem pH=3 ist zehnmal so stark als eine Säure mit dem pH=4.

Ungefähre pH-Werte von gängigen Stoffen und Chemikalien

Salzsäure 35%	pH = -1	Bier	pH = 5
Salzsäure 3,5%	pH = 0	Hautoberfläche	pH = 5,5
Salzsäure 0,35%	pH = 1	Mineralwasser	pH = 6
Magensäure	pH = 2	Reines Wasser	pH = 7
Zitronensaft	pH = 2	Blut	pH = 7,4
Essigessenz	pH = 2	Sauberes Seewasser	pH = 8,3
Essig	pH = 3	Darmsaft	pH = 8,3
Coca Cola	pH = 3	Waschmittellösung	pH = 10
Wein	pH = 4	Natronlauge 3%	pH = 14
Saure Milch	pH = 4,5	Natronlauge 30%	pH = 15

Der pH-Wert im Boden beeinflusst den Nährstoffhaushalt der Pflanzen. Normalerweise stehen Ammoniumionen und Nitrationen in den Böden bei pH=7 im Gleichgewicht. In sauren Böden überwiegen die Ammoniumionen und in alkalischen Böden die Nitrationen (vgl. auch Stickstoffkreislauf). Manche Pflanzen lieben eher saure Böden (z.B. Torfmoos pH=3-4), andere dagegen bevorzugen alkalische Böden (z.B. Huflattich pH=8). Ein sehr niedriger pH-Wert in den Böden (oder in den Seen) verursacht, dass giftige Metallionen in eine lösliche Form übergehen. Dies kann die Pflanzen erheblich schädigen (vgl. Waldsterben).

Auch im menschlichen Körper spielt der pH-Wert eine bedeutende Rolle. Der pH-Wert steht in unmittelbarem Zusammenhang mit dem Aufnahmevermögen des Sauerstoffs im Blut. Das Hämoglobin in den roten Blutkörperchen kann umso mehr Sauerstoff binden, je höher der pH-Wert ist.

Der pH-Wert im menschlichen Magen liegt im sauren Bereich. Die Enzyme zur Verdauung funktionieren nur bei bestimmten pH-Werten. Das Pepsin im Magen benötigt einen pH-Wert von ca. pH=2, damit es die Eiweiße aufspalten kann. Der Mundspeichel hat einen fast neutralen Wert. Das dort arbeitende Enzym Amylase spaltet die Stärke in kleinere Bausteine auf. Die Enzyme im Darm arbeiten wiederum nur im alkalischen Bereich von ca. pH=8.

Die Hautoberfläche des Menschen besitzt einen ungefähren pH-Wert von 5,5. Dieser natürliche Säureschutzmantel der Haut hemmt das Wachstum von Bakterien und verhindert ihr Eindringen. Die normale Seife liegt mit pH=9 im alkalischen Bereich. Beim Waschen mit Seife wird daher die Säure auf der Haut neutralisiert (vgl. >Neutralisation). Sie ist in dieser Zeit einer höheren Infektionsgefahr ausgesetzt. Die Haut benötigt nach jedem Waschen mit Seife 2-3 Stunden, bis der natürliche Säureschutzmantel wieder hergestellt ist. Aus diesem Grunde sollte man Seife nur bei stark verschmutzten Händen einsetzen oder generell eine pH-neutrale Seife verwenden.

pH-neutrales Handwaschmittel

Beim Wäschewaschen mit Vollwaschmitteln ist eher ein hoher pH-Wert von ca. pH=10-11 notwendig, damit die Tenside und die in den Waschmitteln enthaltenen Wirkstoffe voll zur Entfaltung kommen. Beim schonenden Waschen mit Feinwaschmitteln ist der pH-Wert niedriger, dadurch sinkt aber auch die Waschleistung. Wässrige Seifenlösungen sind alkalisch, während alkoholische Seifenlösungen sich neutral verhalten. Der Indikator Phenolphthalein zeigt die alkalische Wirkung von Seife an:

Seife mit Phenolphthalein in Alkohol (links) und in Wasser (rechts)

Erweiterte Definition

Der pH-Wert ist genau genommen eine Maßzahl, die angibt, wie hoch die Konzentration an H₃O⁺-Ionen [H₃O⁺] in einer wässrigen Lösung ist. Sie wird durch den negativ dekadischen Logarithmus der H₃O⁺-Ionen-Konzentration ausgedrückt:

pH = - log [H₃O⁺]

Beispiel: In reinem Wasser befinden sich immer 10^-7 mol/l an H₃O⁺-Ionen (und auch an OH^--Ionen). Dies ergibt sich aus dem Ionenprodukt des Wassers. Wasser selbst wirkt also immer in geringem Umfang als Säure (oder als Base). Diese Eigenschaft wird als Autoprotolyse des Wassers bezeichnet. Nun wird die Konzentration der H₃O⁺-Ionen im Wasser in die Gleichung zur Berechnung des pH-Werts eingesetzt:

pH = - log [10^-7] = -(-7) = 7

Dadurch ergibt sich ein pH-Wert von 7 für Wasser. Der pOH-Wert gibt die Konzentration an OH^--Ionen im Wasser an. Für alle Säuren und Laugen lässt sich demnach immer ein pH-Wert und ein pOH-Wert berechnen. Die Summe der beiden Werte ergibt immer 14:

pH + pOH = 14

Die folgenden Tabelle zeigt die Beziehung zwischen dem pH-Wert und dem pOH-Wert in Abhängigkeit von der vorliegenden Konzentration:

Lösung	[H₃O⁺]	pH-Wert	[OH^-]	pOH-Wert
10 mol/l Säure	10 mol/l	-1	10^-15 mol/l	15
1 mol/l Säure	1 mol/l	0	10^-14 mol/l	14
reines Wasser	10^-7 mol/l	7	10^-7 mol/l	7
1 mol/l Base	10^-14 mol/	14	1 mol/l	0
10 mol/l Base	10^-15 mol/l	15	10 mol/l	-1

Moderne pH-Messgeräte bestehen aus einer Elektrode und der Zentraleinheit. An der Elektrode wird eine Spannung erzeugt, die vom pH-Wert abhängt. Die Zentraleinheit rechnet die Spannung in den pH-Wert um.

Zoom!

Bild vergrößern (nur auf CD-ROM) pH-Messgerät der Metrohm AG mit Zentraleinheit und Elektrode

Vor einer Messung muss das Gerät kalibriert werden. Normalerweise führt dies im Labor ein Laborant am Beginn jeden Tages einmal durch. Dazu werden zwei Pufferlösungen mit unterschiedlichen pH-Werten verwendet. Zunächst misst man den pH-Wert in der ersten Pufferlösung (pH=4). Dann spült man die Elektrode mit destilliertem Wasser ab und misst den pH-Wert mit der zweiten Pufferlösung (pH=7). Mit Hilfe einer Taste wird der angezeigte pH-Wert korrigiert, bis er mit dem pH-Wert der Pufferlösungen übereinstimmt. Es ist zu berücksichtigen, dass der angezeigte pH-Wert temperaturabhängig ist. Für genaue Messungen arbeitet man daher mit exakt eingestellten Wassertemperaturen.

Weitere Informationen

pH-Indikatoren

Copyright: T. Seilnacht

www.seilnacht.com