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pH-Wert – Definition und Verwendung

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Team Digital
pH-Wert – Definition und Verwendung
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Grundlagen zum Thema pH-Wert – Definition und Verwendung

Nach dem Schauen dieses Videos wirst du in der Lage sein, den pH-Wert zu definieren und die Verwendungsmöglichkeiten zu benennen.

Zunächst lernst du, dass der pH-Wert den negativ dekadischen Logarithmus der Protonenkonzentration beschreibt.

pH-Wert-Definition.jpg

Anschließend erfährst du, wie man den pH-Wert bestimmen kann.

pH-Wert Messen.jpg

Abschließend sehen wir uns die Verwendungsmöglichkeiten des pH-Wertes an.

Das Video beinhaltet Schlüsselbegriffe, Bezeichnungen und Fachbegriffe wie pH-Wert, pH-Wert-Skala, Protonenkonzentration, Oxoniumion, Indikator, Säure, Base, Lauge, sauer, alkalisch.

Transkript pH-Wert – Definition und Verwendung

Du hast dich mit jemandem gestritten, aber beim vorsichtigen Nachfragen, kommt einem nur ein "Ich bin ja gar nicht sauer" entgegen. Na toll. So kommt man ja auch nicht weiter. Wie gut es wäre, eine Skala zu haben, mit der man messen kann, ob dein Gegenüber nun sauer ist und wie sehr? In etwa soo wie mithilfe des pH-Wertes! Bitte was? Haaa! Ja, das schauen wir uns nun einmal genauer an, in diesem Video geht es um den "pH-Wert und dessen Definition und Verwendung". Der pH-Wert ist ein Maß für den Säuregehalt einer Lösung, gibt also an, wie sauer oder basisch diese ist. Angegeben wird er auf einer Skala von null bis vierzehn, wobei den Zahlen oftmals auch Farben zugeordnet werden. Sieben ist die Mitte, hier spricht man von einem NEUTRALEN pH-Wert. Eine neutrale Lösung ist zum Beispiel Wasser aus der Leitung. Macht auch Sinn, schließlich schmeckt das weder sauer noch seifig, nicht? Alles unter sieben ist eine "Säure", und über sieben eine "Base", auch "Lauge" genannt. Zitronensaft hat einen pH-Wert von etwa zwei Komma vier, ist also sehr sauer. Seife mit einem pH-Wert von etwa neun bis 10 ist dagegen basisch, beziehungsweise alkalisch. So weit, so gut zum Einstieg. Wir wollen natürlich nicht oberflächlich bleiben, also lass uns weiter in die Chemie des pH-Wertes eintauchen! First things first: Was bedeutet eigentlich "pH"? Das ist die Abkürzung für den lateinischen Begriff "pondus hydrogenii" und kann mit "Potential oder Gewicht des Wasserstoffs" übersetzt werden. Anders ausgedrückt: der pH-Wert gibt die Konzentration der Wasserstoff-Ionen in einer Lösung an. Dabei ist zu erwähnen, dass das Wasserstoff-Ion zur Vereinfachung des pH-Wertes angegeben wird. In der Realität liegt dies allerdings gebunden, in Wasser hauptsächlich als "Oxonium-Ion", also "H-drei-O-plus", vor. Sind also viele Wasserstoff-Ionen, beziehungsweise noch einfacher ausgedrückt "Protonen" in einer Lösung, ist diese sauer. Entsprechend ist die Lösung bei wenigen Protonen basisch, oder alkalisch. Aber Moment: niedriger pH-Wert bedeutet viele Protonen und hoher pH-Wert bedeutet wenige Protonen? Ganz genau! Denn es wird nicht direkt die Protonenkonzentration mit dem pH-Wert ausgedrückt, sondern der "negativ dekadische Logarithmus" der Protonenkonzentration. Ohweia, das klingt vielleicht etwas kompliziert, ist aber tatsächlich eine Vereinfachung. Schauen wir uns das einmal an einem Beispiel an. Nehmen wir an, wir haben eine Lösung mit einer Protonenkonzentration von zehn hoch minus vier Mol pro Liter vorliegen. Also Null Komma Null, Null, Null, Eins. Der negativ dekadische Logarithmus dieser Konzentration ist "vier" und damit der pH-Wert. Aaah, du musst also nicht wirklich rechnen dafür, super! Wie sieht es mit einer Lösung mit der Protonenkonzentration von zehn hoch minus drei aus – welchem pH-Wert entspricht das? "Drei"! Easy! Haben wir also wie hier zwei Lösungen vor uns, die sich in der Konzentration um den Faktor zehn unterscheiden, unterscheiden sie sich nur um EINEN Punkt auf der pH-Skala. Und bei einer Lösung mit einer Konzentration von – sagen wir mal zehn hoch minus zwölf, ergibt sich ein ein pH-Wert von zwölf und damit eine basische Lösung. Prinzip verstanden? So und wie misst man nun diesen pH-Wert? Dazu gibt es verschiedene Methoden. Am gängigsten ist die Verwendung eines Universal-Indikatorpapiers. Auf diesen Papieren befinden sich mehrere Indikatorsubstanzen, welche unabhängig voneinander bei einer bestimmten Protonenkonzentration ihre Farbe ändern. Wird das Papier also in die zu bestimmende Lösung getaucht, verfärbt es sich. Mithilfe einer Skala kann der Papierstreifen abgeglichen und der pH-Wert so ermittelt werden. Im Labor wird auch häufig ein digitales pH-Meter verwendet. Hierbei wird der pH-Wert noch präziser angezeigt. Oookay und wozu nun das Ganze? Wofür wird der pH-Wert gebraucht? Tatsächlich ist der pH-Wert ein wichtiges Maß für sehr viele Bereiche. In der Medizin wird dieser Parameter zum Beispiel verwendet, um den Säuregehalt im Körper zu überwachen. Der variiert nämlich in und auf unserem Körper. Die Haut hat einen pH-Wert um die fünf und im Magen wird es mit einem pH-Wert von zwei so richtig sauer und ätzend! In der Landwirtschaft und in der Umweltüberwachung wird die Boden- und Wasserqualität mithilfe des pH-Wertes kontrolliert und in der Lebensmittelindustrie findet der pH-Wert Verwendung, um sichere Lebensmittel und eine gewünschte Textur, sowie Geschmack und Aroma zu gewährleisten. Du siehst also: ein echter Allrounder! Wir messen jetzt erst mal, wie viel bei dir hängen geblieben ist und kommen zur Zusammenfassung. Der pH-Wert ist ein wichtiger Indikator für den Säuregehalt einer Lösung und wird auf einer Skala von null bis vierzehn angegeben. Er gibt an, wie sauer oder basisch eine Lösung ist und wird durch den negativ dekadischen Logarithmus der Protonenkonzentration berechnet. Gemessen wird der pH-Wert zum Beispiel mithilfe eines Indikatorpapiers oder eines pH-Meters. Der pH-Wert findet in vielen Bereichen Anwendung, zum Beispiel in der Medizin, Lebensmittelindustrie oder Umweltüberwachung. Die ganz große Frage nach diesem Video ist also: warum gibt es kein Indikatorpapier oder Messgerät, das man jemandem in den Mund stecken kann, um herauszufinden, ob er oder sie sauer ist? Wäre schon praktisch, nicht?

pH-Wert – Definition und Verwendung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video pH-Wert – Definition und Verwendung kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib an, was der pH-Wert ist.

    Tipps

    Es bleiben drei Antwortmöglichkeiten übrig.

    Eine Lösung mit einem pH-Wert von 14 ist stark basisch.

    Lösung

    Der pH-Wert ist ein Maß für den sauren oder basischen Charakter einer wässrigen Lösung. Er zeigt also an, wie sauer oder basisch diese ist.
    Angegeben wird er auf einer Skala von 0 bis 14, wobei den Zahlen oftmals auch Farben zugeordnet werden.

  • Vervollständige die pH-Wert-Skala.

    Tipps

    Eine neutrale Lösung ist weder sauer noch basisch.

    Der pH-Wert wird auf einer Skala 0 bis 14 angegeben.

    Lösung

    Der pH-Wert ist ein Maß für den sauren oder basischen Charakter einer wässrigen Lösung. Er zeigt also an, wie sauer oder basisch diese ist.

    Angegeben wird er auf einer Skala von 0 bis 14, wobei den Zahlen oftmals auch Farben zugeordnet werden.

    • Ein pH-Wert von 7 markiert den neutralen Bereich, in dem eine Lösung als neutral betrachtet wird.
    • Ein pH-Wert unter 7 zeigt an, dass die Lösung sauer ist.
    • Ein pH-Wert über 7 zeigt an, dass die Lösung basisch ist.

  • Bestimme die Protonenkonzentration des jeweiligen pH-Werts.

    Tipps

    $10^{-2} = 0,\!01$

    Eine Lösung mit einer Protonenkonzentration von $10^{-5} ~\dfrac{mol}{\ell}$ hat einen pH-Wert von $5$.

    Lösung

    Der pH-Wert gibt die Konzentration der Wasserstoffionen in einer Lösung an. Dabei ist zu erwähnen, dass das Wasserstoffion zur Vereinfachung des pH-Werts angegeben wird. In der Realität liegt dies allerdings gebunden, in Wasser hauptsächlich als „Oxonium-Ion“, also $\ce{H3O+}$, vor. Sind also viele Wasserstoffionen beziehungsweise noch einfacher ausgedrückt, „Protonen“ in einer Lösung, ist diese sauer.

    Es gilt: Ein niedriger pH-Wert bedeutet eine hohe Anzahl an Protonen, während ein hoher pH-Wert auf eine geringe Anzahl von Protonen in der Lösung hinweist. Denn es wird nicht direkt die Protonenkonzentration mit dem pH-Wert ausgedrückt, sondern der „negativ dekadische Logarithmus“ der Protonenkonzentration.

    Der pH-Wert ist $4$.
    $\Rightarrow$ negativ dekadischer Logarithmus von: $10^{-4} ~\dfrac{mol}{\ell} = 0,\!0001 ~\dfrac{mol}{\ell}$
    Der pH-Wert ist $3$.
    $\Rightarrow$ negativ dekadischer Logarithmus von: $10^{-3} ~\dfrac{mol}{\ell} = 0,\!001 ~\dfrac{mol}{\ell}$
    Der pH-Wert ist $12$.
    $\Rightarrow$ negativ dekadischer Logarithmus von: $10^{-12} ~\dfrac{mol}{\ell} = 0,\!000000000001 ~\dfrac{mol}{\ell}$

  • Beschreibe die Messung des pH-Werts und dessen Verwendung.

    Tipps

    Je niedriger der pH-Wert, desto saurer ist die Lösung.

    Lösung

    Um den pH-Wert zu messen, gibt es verschiedene Methoden. Am gängigsten ist die Verwendung von Universalindikatorpapier. Darauf befinden sich mehrere Indikatorsubstanzen, welche unabhängig voneinander bei einer bestimmten Protonenkonzentration ihre Farbe ändern. Wird das Papier also in die zu messende Lösung getaucht, verfärbt es sich.
    Mit einer Skala kann der Papierstreifen abgeglichen und so der pH-Wert ermittelt werden. Im Labor wird auch häufig ein digitales pH-Meter verwendet: Hierbei wird der pH-Wert präziser angezeigt.

    In der Medizin wird dieser Parameter zum Beispiel verwendet, um den Säuregehalt im Körper zu überwachen. Er variiert nämlich in und auf unserem Körper: Die Haut hat einen pH-Wert von etwa 5 und im Magen wird es mit einem pH-Wert von 2 richtig sauer und ätzend!

    In der Landwirtschaft sowie in der Umweltüberwachung wird die Boden- und Wasserqualität mithilfe des pH-Werts kontrolliert. In der Lebensmittelindustrie wird der pH-Wert genutzt, um sichere Lebensmittel und gewünschte Eigenschaften wie Textur, Geschmack und Aroma zu gewährleisten.

  • Vergleiche den pH-Wert der Stoffe.

    Tipps

    In der Aufgabe sind abgebildet: Haut, Seife, Leitungswasser und Zitronensaft.

    Zitronensaft hat einen pH-Wert von 2,4, ist also sehr sauer.

    Wasser ist neutral, also weder sauer noch basisch.

    Unsere Haut verfügt über eine natürliche Hautbarriere, die auch Säureschutzmantel genannt wird.

    Lösung

    Zitronensaft hat einen pH-Wert von etwa 2,4 und ist somit sehr sauer.

    Die Haut hat einen pH-Wert von ungefähr 5 und ist daher leicht sauer.

    Ein Beispiel für eine neutrale Lösung ist das Leitungswasser mit einem pH-Wert von 7: Leitungswasser ist weder sauer noch basisch.

    Seife hat dagegen einen pH-Wert von etwa 9 bis 10 und ist somit basisch bzw. alkalisch.

  • Vergleiche die Beispiele aus dem Alltag.

    Tipps

    Es sind drei saure und drei basische Stoffe abgebildet.

    Blut ist nur leicht alkalisch.

    Backpulver (Natriumhydrogencarbonat) kann in Wasser gelöst werden: Was denkst du? Ist die entstehende Lösung eher basisch oder sauer?

    Lösung

    Der pH-Wert ist ein Maß für den sauren oder basischen Charakter einer wässrigen Lösung. Er gibt also an, wie sauer oder basisch diese ist. Er wird auf einer Skala von 0 bis 14 angegeben.

    Folgende Beispiele aus dem Alltag sind sauer:

    • Cola
    • Wein
    • Zitronensaft

    Folgende Beispiele aus dem Alltag sind basisch:

    • Seifenwasser
    • Blut
    • Backpulverlösung

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