Was ist der pH-Wert?
Das p in pH kommt vom lateinischen Wort potentia (Stärke) und H steht für Wasserstoff-Ion. Der pH-Wert misst auf einer Skala von 0 bis 14 die Konzentration der H⁺-Ionen (H₃O⁺) in einer Lösung.
- pH < 7: sauer (mehr H⁺ als OH⁻)
- pH = 7: neutral (gleich viele H⁺ und OH⁻), wie reines Wasser
- pH > 7: basisch (mehr OH⁻ als H⁺)
Mehr H⁺ bedeutet einen kleineren pH-Wert. Die Skala ist logarithmisch: Jeder Schritt von 1 nach unten bedeutet zehnmal mehr H⁺-Ionen.
Universalindikator und pH-Papier
Lackmus zeigt nur, ob etwas sauer oder basisch ist. Ein Universalindikator ist eine Mischung aus mehreren Indikatoren. Er zeigt bei jedem pH-Wert eine andere Farbe, sodass wir den ungefähren pH-Wert ablesen können. Rot bedeutet stark sauer, orange-gelb schwach sauer, grün neutral, blau schwach basisch und violett stark basisch.
| Flüssigkeit | pH (ungefähr) |
|---|---|
| Magensaft | 1.5–2 |
| Zitronensaft | 2.2 |
| Essig | 3 |
| Tomatensaft | 4.2 |
| Milch | 6.5 |
| Reines Wasser | 7 |
| Blut | 7.4 |
| Natronlösung (Backsoda) | 8.3 |
| Magnesiamilch | 10 |
| Natriumhydroxid-Lösung | 14 |
Starke und schwache Säuren und Basen
Die Stärke sagt, wie viele H⁺- oder OH⁻-Ionen ein Stoff in Wasser abgibt.
- Starke Säuren geben viele H⁺-Ionen ab: HCl, H₂SO₄, HNO₃.
- Schwache Säuren geben wenige H⁺-Ionen ab: Essigsäure, Zitronensäure, Kohlensäure.
- Starke Basen (starke Laugen): NaOH, KOH. Schwache Basen: NH₄OH, Mg(OH)₂.
Stärke ist nicht dasselbe wie Konzentration. Eine verdünnte starke Säure zerfällt trotzdem vollständig in Ionen; eine konzentrierte schwache Säure gibt trotzdem nur wenige Ionen ab. Deshalb hat 0,1-molare HCl einen kleineren pH-Wert (etwa 1) als 0,1-molare Essigsäure (etwa 3).
Warum der pH-Wert im Alltag wichtig ist
Pflanzen, Tiere und unser Körper
Unser Körper arbeitet nur in einem engen pH-Bereich, etwa 7.0–7.8. Das Blut bleibt bei etwa 7.4. Lebewesen überleben nur in einem kleinen pH-Fenster.
Saurer Regen
Hat Regenwasser einen pH-Wert unter 5.6, nennt man ihn sauren Regen (er entsteht durch Schwefel- und Stickoxide in der Luft). Fließt er in Flüsse, schadet der kleinere pH-Wert Fischen und anderem Leben im Wasser.
pH-Wert des Bodens
Pflanzen wachsen am besten in einem bestimmten pH-Bereich. Zu saurer Boden wird mit Branntkalk, gelöschtem Kalk oder Kreide behandelt; zu basischer Boden mit organischem Material.
Verdauung
Der Magen stellt HCl her, um die Verdauung zu unterstützen. Zu viel Säure verursacht Schmerzen und Reizung (Sodbrennen); milde Basen wie Magnesiamilch neutralisieren sie.
Karies
Bakterien zersetzen Zucker und Essensreste im Mund zu Säuren. Unter pH 5.5 beginnt der Zahnschmelz (Calciumhydroxylapatit, der härteste Stoff im Körper) sich aufzulösen. Zahnpasta ist basisch und neutralisiert diese Säure.
Selbstverteidigung bei Tieren und Pflanzen
Ein Bienenstich spritzt eine Säure ein, deshalb hilft eine milde Base wie Natronpaste. Brennnesselblätter haben Brennhaare mit Methansäure (Ameisensäure); das Blatt des Ampfers, der oft in der Nähe wächst, reibt man traditionell auf die Stelle.
Wichtige Formeln und Definitionen
- pH < 7 sauer, pH = 7 neutral, pH > 7 basisch
- Kleinerer pH = mehr H⁺-Ionen; 1 pH-Einheit = das 10-Fache an H⁺
- Verhältnis der H⁺ zwischen zwei Lösungen = 10^(pH-Unterschied)
- Starke Säuren: HCl, H₂SO₄, HNO₃; schwache Säuren: CH₃COOH, Zitronensäure, Kohlensäure
- Starke Basen: NaOH, KOH; schwache Basen: NH₄OH, Mg(OH)₂
- Zahnschmelz löst sich unter pH 5.5 auf; saurer Regen hat pH unter 5.6
Gelöste Beispiele
1. Lösung A hat pH 3 und Lösung B hat pH 5. Welche ist saurer, und um das Wievielfache?
Kleinerer pH heißt saurer, also A. Unterschied = 5 − 3 = 2, also hat A 10² = 100-mal mehr H⁺-Ionen als B.
2. Ordne nach steigendem pH: NaOH-Lösung, Blut, Zitronensaft, reines Wasser.
Zitronensaft (etwa 2.2) < reines Wasser (7) < Blut (7.4) < NaOH-Lösung (etwa 14).
3. Ein Universalindikator wird in Lösung P grün und in Lösung Q violett. Was kannst du sagen?
Grün bedeutet etwa pH 7, also ist P neutral. Violett bedeutet etwa pH 13–14, also ist Q stark basisch.
4. Warum nimmt jemand mit Sodbrennen Magnesiamilch und nicht Essig?
Sodbrennen heißt: zu viel HCl im Magen. Magnesiamilch, Mg(OH)₂, ist eine milde Base und neutralisiert die überschüssige Säure. Essig ist eine Säure und würde es schlimmer machen.
5. Ein Schüler verdünnt eine Säure mit pH 2 mit Wasser. Steigt oder sinkt der pH? Kann er über 7 gehen?
Beim Verdünnen sinkt die H⁺-Konzentration, also steigt der pH (Richtung 7). Mit reinem Wasser kann er aber nicht über 7 gehen; er kommt dem neutralen Wert nur näher.
6. Zwei 0,1-molare Lösungen: HCl hat pH etwa 1, Essigsäure hat pH etwa 3. Erkläre das.
HCl ist eine starke Säure und zerfällt vollständig in Ionen; Essigsäure ist schwach und zerfällt nur ein wenig. Bei gleicher Konzentration gibt HCl etwa 100-mal mehr H⁺ ab, daher ist ihr pH 2 Einheiten kleiner.
Häufige Fehler
- Zu denken, ein höherer pH-Wert bedeute saurer. Es ist umgekehrt: kleinerer pH, saurer.
- Zu denken, pH 4 sei nur ein bisschen saurer als pH 5. Es hat zehnmal mehr H⁺.
- Stark mit konzentriert zu verwechseln. Stark heißt vollständig in Ionen zerfallen; konzentriert heißt viel Säure in wenig Wasser.
- Zu glauben, saurer Regen sei jeder Regen mit pH unter 7. Normaler Regen ist durch CO₂ schon leicht sauer (etwa 5.6); saurer Regen liegt unter 5.6.