pH-Wert
Was ist der pH-Wert?
pH-Wert ist die Abkürzung für potential of hydrogen. Der pH-Wert ist definiert als negativ dekadischer Logarithmus und ist die Gegenzahl des pOH-Wertes. Je mehr Wasserstoffionen in einer Lösung enthalten sind, desto niedriger ist der pH-Wert. Die Skala des pH-Wertes (in der Grafik unten zu sehen) geht von 0 – 14, wobei 0 stark sauer und 14 stark basisch bzw. alkalisch ist. Der Bereich um pH 7 gilt als neutral. Das Trinkwasser hat einen pH-Wert von 6,5 – 9,5.
Wie wird der pH-Wert rechnerisch bestimmt?
Um den pH-Wert rechnerisch zu bestimmen, ist es notwendig zu wissen, ob die Lösung stark/schwach sauer oder stark/schwach basisch ist. Die allgemeine Formel für den pH-Wert lautet:
Der pH- und pOH-Wert stehen in folgendem Zusammenhang:
Bei Säuren und Laugen ist der pKs- bzw. der pKb-Wert wichtig. Je höher der pKs-Wert bei einer Säure, desto stärker ist diese Säure (disoziiert sehr stark in Wasser). Je niedriger der pKb-Wert einer Lauge, desto stärker ist diese Lauge. In der Regel sind es Konstanten die nicht extra berechnet werden müssen.
Die Säurekonstante KS und die Basenkonstante KB lassen sich über das Massenwirkungsgesetz berechnen:
Wie wird der pH-Wert Messtechnisch bestimmt?
Die einfachste Bestimmung erfolgt über visuelle oder farbmetrische Farbumschläge, mithilfe von Indikatorfarbstoffen. Durch Zugabe eines flüssigen Indikators entsteht ein Farbumschlag in der Lösung. Durch einen Vergleich des Farbumschlages mit einer Skala (Farben erkennbar oben in dem Bild), kann ungefähr abschätzt werden, in welchem Bereich sich der pH-Wert befindet.
Eine weitere Methode, ähnlich wie die Farbindikatoren, sind Messstreife. Diese werden einfach von der Rolle abgetrennt und der Lösung zugegeben. Der Messtreifen ändert seine Farbe in der Lösung. Das Ablesen des pH-Wert Bereichs erfolgt genau wie bei Indikatoren, mithilfe einer Skala.
Für eine genau, sehr Präzise Messung des pH-Wertes, gibt es das pH-Meter (Potentiometer). Der pH-Meter besteht aus einer Indikatorelektrode in einer, mit einer Pufferlösung gefüllten, Glaskugel, einem Spannungsmessgerät und einer Digitalen Anzeige. Die Glaskugel wird in die zu messende Lösung getaucht. Dadurch lagern sich die Wasserstoffionen an der Glaskugel an. Je nach Spannungsdifferenz zwischen innerhalb und außerhalb der Glaskugel, wird der pH-Wert an der Anzeige ausgegeben.
Bedeutung des pH-Wertes für Technik und Umwelt
In der Umwelt:
Für die Pflanzlichen Lebewesen, ist es wichtig, dass der Boden leicht im sauren Bereich ist. Wenn der Boden im neutralen bzw. im alkalischen Bereich sein sollte, können die Pflanzen kein Eisen über ihre Wurzeln aufnehmen und es entsteht ein Eisenmangel. Der Eisenmangel führt dann zum Wachstumsproblem der Flora.
Die pH-Werte im Menschlichen Körper sind unterschiedlich. Das Blut benötigt z. B. einen pH-Wert von 7,35 – 7,43, die Haut einen pH-Wert von 5,5 und Speichel einen pH-Wert von 6,5 – 7,2.
Trinkwasser benötigt wie oben beschrieben einen pH-Wert von 6,5 – 9,5. Niedrigere PH-Werte würden dazu führen, dass Kupfer und Blei aus Leitungen gelöst werden und in das Trinkwasser gelangen würden. Diese zwei Metalle sind für den Menschen toxisch. Ebenfalls ist dieser pH-Wert Bereich wichtig für das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht.
In der Technik:
Der pH-Wert kann in Technischen Anlagen zu ungewollten Aggregatzustandsänderungen führen. Außerdem dient der pH-Wert in manchen Reaktionen als Katalysator und beeinflusst die Reaktionsgeschwindigkeit.
Wichtig ist der pH-Wert besonders auch bei der Abwasser- bzw. Wasserreinigungen. Bei bestimmten pH-Wert Bereichen fallen manche Stoffe automatisch aus und lassen sich durch die Sedimentation voneinander entfernen. Manche Behandlungsschritte benötigen auch einen sauren oder alkalischen pH-Wert, um ungewollte Reaktionen aufgrund eines Stoffes im Abwasser vorzubeugen.
Wichtige pH-Werte im Wasser
Regenwasser: pH 5,6
Mineralwasser: pH 4,5 – 5,6 (Etwas sauer, weil Kohlensäure enthalten ist)
Meerwasser: pH 8,0