pH-Wert – Definition und Verwendung

Hallo, in diesem Video wollen wir uns mit dem pH-Wert beschäftigen. Er gibt dir an, wie sauer oder basisch eine Lösung ist. Im Alltag hast du ständig mit Säuren und Basen zu tun. Obst enthält zum Beispiel sehr viele Fruchtsäuren. Das Wasser, welches du täglich nutzt, ist pH-neutral, und das Wasser beim Duschen ist durch das Duschgel meist basisch. Du weißt bereits, wie Säuren und Basen nach Brönsted definiert sind. Hier ist eine kurze Wiederholung der Definition, um dir den Zusammenhang noch einmal ins Gedächtnis zu rufen: Säuren geben Protonen ab, Basen nehmen Protonen auf. Die Protonen sind hierbei die H+- Ionen. Ein Beispiel: Salzsäure reagiert mit Wasser zu Oxoniumionen, welche du vielleicht auch unter Hydroniumionen kennst und Chloridionen. Die Säure gibt das Proton also an das Wasser ab. Es bilden sich Ionen im Wasser und das Wasser wird leitfähiger. Nun stellte der Chemiker Arrhenius 1884 fest, dass selbst chemisch reinstes Wasser eine geringe Leitfähigkeit besitzt. Daraus konnte er ableiten, dass auch in reinem Wasser bereits Ionen vorliegen. Das heißt, dass auch Wasser Ionen durch Protonenaufnahme und -abgabe bilden kann. Ein Wassermolekül reagiert dabei mit einem zweiten Wassermolekül zu einem Oxoniumion und einem Hydroxidion. Diesen Vorgang nennt man Autoprotolyse des Wassers. Doch was hat das alles mit dem pH-Wert zu tun? Mit dem pH-Wert kannst du die genaue Konzentration der Oxoniumionen in einer Lösung angeben. Um den pH-Wert leicht ablesen zu können und nicht immer mit verwirrenden Konzentrationsangaben zu jonglieren, wird der negativ dekadische Logarithmus der Konzentrationen angegeben. Hierzu ein kleines Beispiel: Beträgt in einer Lösung die Konzentration an Oxoniumionen 10-7 mol/l, also 0,0000001 mol/l, bildest du, um den pH-Wert zu berechnen, den negativ dekadischen Logarithmus von diesem Wert. Dieser ist in diesem Fall sieben. Bei einer Konzentration von 10-6 mol/l würde er bei sechs liegen. Du siehst also: Wenn die Konzentration der Ionen 10x größer wird, dann verringert sich der pH Wert um eins. Die komplette pH-Wert-Skala erstreckt sich vom Wert 0 – 14. Oft werden den Zahlen auch gleich Farben zugeordnet, die der Farbe vom Universalindikator von diesem pH-Wert entsprechen. Wie du nun weißt, enthält selbst reines Wasser einen bestimmten Anteil an Oxoniumionen durch die Autoprotolyse. Der pH-Wert für dieses Wasser liegt bei pH 7 und damit genau in der Mitte der Skala. In diesem Fall sind genauso viel Oxoniumionen wie Hydroxydionen in der Lösung. Solche Lösungen werden als neutral bezeichnet. Dein Trinkwasser aus der Leitung schwankt nah um diesen Wert und ist damit auch neutral. Das schmeckst du auch. Es ist weder sauer noch schmeckt es seifig.Säuren und Basen können jedoch die Konzentration an Oxoniumionen in einer Lösung beeinflussen. Das hängt mit ihren Eigenschaften zusammen, Protonen aufzunehmen oder abzugeben. Säuren können durch ihre Eigenschaft, H+-Ionen abzugeben, mit einem Wassermolekül zu H3 O+-Ionen und einem Säurerestion reagieren. Der pH-Wert verschiebt sich damit zu den Werten unter pH 7. Sie werden als saure Lösungen bezeichnet. Eine Lösung mit dem pH-Wert 5 hat 10mal mehr Oxoniumionen als eine pH-Wert 6-Lösung und 100 mal mehr Oxoniumionen als eine neutrale pH 7-Lösung. Zitronensaft hat beispielsweise einen pH Wert von 2. Das heißt, in der Lösung sind 10-2 mol/l, also 0,01 mol/l an Oxoniumionen enthalten. Das ist ganz schön viel und das schmeckst du auch. Es schmeckt sauer. Basen bewirken genau das Gegenteil von Säuren. Durch ihre Eigenschaft, Protonen in Form von H+-Ionen aufzunehmen, können sie Oxoniumionen und H2O- Molekülen ein Proton entziehen. Damit reagiert eine Base mit Oxoniumionen zu Wasser und einer protonierten Base. Mit Wassermolekülen reagieren Basen zu Hydroxidionen und ebenfalls einer protonierten Base. Dadurch nimmt natürlich die Konzentration an Oxoniumionen ab und der pH-Wert liegt dann über sieben. Solche Lösungen bezeichnet man als basische Lösungen. So können sehr basenhaltige Duschgele sogar einen pH-Wert von bis zu pH 8 besitzen. Solche Lösungen haben eine 10 mal geringere Oxoniumionen-Konzentration als das neutrale Wasser mit dem pH-Wert 7. Bestimmt hast du schon mal beim Duschen oder beim Baden Duschwasser in den Mund bekommen. Es schmeckt sehr seifig und gar nicht sauer. Nun hast du gelernt, dass der pH-Wert ein Maß für die Konzentration an Oxoniumionen ist. Damit die Werte schneller und einfacher abgelesen und angegeben werden können, gibt man den negativ dekadischen Logarithmus der Konzentration an, der zwischen 1 und 14 liegen kann. Unser Leitungswasser liegt mit einem ungefähren pH-Wert von 7 genau in der Mitte und gehört damit zu den neutralen Lösungen. Saure Lösungen erhöhen durch ihre Protonierung des Wassers die Oxoniumionen- Konzentration. Basen verringern sie durch ihre Eigenschaft zu deprotonieren. Tschüss und bis zum nächsten Mal.