pH-Wert - die Definition aus der Chemie

pH-Wert - die fachliche Definition

• Meist finden Sie in Chemiebüchern, aber auch in Lexika eine wenig hilfreiche, jedoch chemisch exakte Definition für den pH-Wert. Sie lautet: Der pH-Wert (einer Lösung) ist der negative dekadische Logarithmus der Oxoniumkonzentration.
• Leider ist man dann oft genauso weit wie vorher, einfach weil die Begriffe "dekadischer Logarithmus" und "Oxonium" fehlen. Und der Zusammenhang (das "wie" und "warum") fehlt auch noch.

Säuren und Basen - das sollten Sie darüber wissen

• Vom Verständnis her ist der pH-Wert ein Maß für die Stärke einer Säure bzw. Base (umgangssprachlich oft auch Lauge genannt). Dabei ist (reines) Wasser neutral.
• Darüber hinaus gibt es extrem schwache Säuren (viele Mineralwassersorten, Speichel, Milch), starke Säuren (wie zum Beispiel die Magensäure), eher schwache Basen sowie starke Basen (hierher gehört beispielsweise die bekannte Natronlauge).
• Wann aber ist eine Säure stark, eine Base schwach? Hierzu muss man wissen, dass Säuren das Bestreben haben, Protonen (das sind Wasserstoffionen, also H⁺) abzugeben und Basen das Bestreben haben, diese aufzunehmen. In wässriger Lösung bildet die H⁺-Ionen zusammen mit einem Wassermolekül (das ja durch seinen Molekülaufbau eine deutliche Ladungsverteilung hat) ein sog. Oxoniumion, nämlich H₃O⁺ , indem sich das Wasserstoffion an den negativen Ladungsteil anlagert. In vielen Definitionen des pH-Wertes wird jedoch einfach von Wasserstoffion (H⁺-Ion) gesprochen, diese Anlagerung also nicht berücksichtigt.
• Selbst bei reinem Wasser liegt ein (sehr geringer) Anteil der Wassermoleküle "aufgespaltet" (der Fachbegriff lautet "dissoziiert") vor, nämlich als H₃O⁺- und als (verbleibendes) OH^--Ion (auch Hydroxid-Ion genannt). Allerdings ist bei dieser neutralen Flüssigkeit die Konzentration beider gleichgroß, sprich: Die Lösung ist ausgeglichen.
• Eine Lösung mit (gegenüber reinem Wasser) erhöhter Wasserstoff- bzw. Oxoniumionenkonzentration reagiert sauer. Eine Lösung mit erhöhter Hydroxidionenkonzentration reagiert basisch oder alkalisch.

Dem pH-Wert auf den Grund gegangen

• Der pH-Wert ist also zunächst nichts weiter, als ein Maß für die Ionenkonzentration in einer Lösung, speziell der Konzentration der Oxoniumionen bzw. (vereinfacht) Wasserstoffionen.
• Diese Ionenkonzentrationen, die das Wesen einer Säure oder Lauge ausmachen, sind jedoch unvorstellbar gering.
• Für das neutrale Wasser beispielsweise ist die Konzentration c(H₃O⁺) = 10^-7 mol/l; "c" steht in diesem Fall für eine Konzentration.
• Saure Lösungen haben selbstredend größere Konzentrationen (starke Säuren beispielsweise um 10^-1 mol/l), basische Lösungen noch wesentlich kleinere (starke Basen zum Beispiel um 10^-14 mol/l). 
• Sie sehen: Die Hochzahl bei der 10 ist so etwas wie ein Wert für Säure und Base. Und genau diese Hochzahl (mit positivem Vorzeichen) wurde in der Chemie als pH-Wert definiert. Dabei handelt es sich nämlich um den sog. dekadischen, also auf die Grundzahl 10 bezogenen, Logarithmus.
• Dementsprechend ergibt sich für die pH-Werte eine positive und leicht handhabbare Skala: So haben Säuren einen pH-Wert zwischen 0 und 7 (bzw. bis 7 heran); bei 7 liegt der Neutralpunkt und Basen haben pH-Werte zwischen 7 und 14. 
• Messen lässt sich der pH-Wert beispielsweise mit sog. Indikatorpapieren. Dabei handelt es sich um mit Farbstoffen getränkte Teststreifen, die bei einem bestimmten (oder mehreren beim Universalindikator) pH-Wert einen Farbumschlag generieren.
• Auch anhand der elektrischen Leitfähigkeit kann der pH-Wert einer Lösung ermittelt werden. Die Lösung enthält eine unterschiedliche Menge an Ionen und leitet daher den Strom. Eine geeichte Skala im Messgerät ist jedoch Voraussetzung bei diesem Verfahren.