pH-Skala
Inhaltsverzeichnis
Was ist eine pH-Skala?
Die pH-Skala wurde im Jahr 1909 von dem dänischen Wissenschaftler Sörensen eingeführt und unterscheidet die Bereiche sauer (unter 7) , neutral (7) und alkalisch (oberhalb von 7) .
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pH < 7 entspricht einer sauren Lösung (höhere Konzentration an Wasserstoff-Ionen; H+). pH = 7 entspricht einer neutralen Lösung (Konzentration von H+ = OH-). pH > 7 entspricht einer alkalischen Lösung (höhere Konzentration an Hydroxid-Ionen; OH-). |
Was ist ein pH-Wert?
"pH" bedeutet "potentia Hydrogenii" (lat. potentia = Kraft; Hydrogenium = Wasserstoff; also "Wasserstoff-Exponent").
Der pH-Wert einer Lösung hängt damit von der Konzentration der freien Säureteilchen ab, d. h. den positiv geladenen Wasserstoffionen, die in wässriger Lösung direkt mit Wasser verbunden sind).
Je höher die Konzentration der freien Säureteilchen, desto saurer die Lösung und niedriger ihr pH-Wert.
pH-Wert von Trinkwasser
Gemäß Trinkwasserverordnung soll der pH-Wert von Trinkwasser im Bereich von 6,5 bis 9,5 liegen.
Wie lassen sich die Werte für die pH-Skala errechnen?
Da die Konzentration der freien Säureteilchen in einer wässrigen Lösung sehr klein sein kann, z.B. c(H+) = 0,000 000 000 001 bzw. 1 · 10-12 mol/L, vereinfacht man die "umständlichen" Zehnerpotenzen durch Beschränkung auf ihren negativen Exponenten (hier: 12) und erhält damit den "handlicheren" pH-Wert.
Kurz gesagt: Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der H3O+-Ionenkonzentration, vereinfacht c(H+), als Berechnungsformel:
pH = - log10 c(H+) c gemessen in mol/L.
Konkreter am Beispiel einiger wässriger Lösungen:
| pH-Wert | 0 | 4 | 12 |
| c(H+) in mol/l | 1 · 100 = 1 | 1 · 10-4 = 0,000 1 | 1 · 10-12 = 0,000 000 000 001 |
Mehr zu diesem Thema findest Du im Artikel pH-Wert-Berechnungen.
Die Definition des pOH-Wertes & dessen Berechnung
Analog zum pH-Wert kann auch der pOH-Wert betrachtet werden: Der pOH-Wert wird als negativer dekadischer Logarithmus der OH--Ionenkonzentration definiert:
pOH = - log c(OH-)
Die Summe aus pH-Wert und pOH-Wert ist gemäß des Ionenproduktes von Wasser 14:
pH + pOH = 14
Experimente
Bestimmung des pH-Wertes
Man nehme verschiedene Lösungen, z. B.: Zitronensaft, Leitungswasser, Seifenlauge.
In die jeweilige Lösung wird ein pH-Indikatorstäbchen getaucht und nach einigen Sekunden wieder herausgenommen.
Anhand des Farbumschlages des Indikators kann man nun durch Vergleich mit der der Verpackung beigefügten Farbskala den pH-Wert der Flüssigkeit ablesen.
Arbeitsblatt
Arbeitsblatt und Hintergrund für den Reagenzglasständer: Arbeitsblatt "Indikator-Farben und pH-Skala" als PDF-Datei zum Download.
Übungsaufgaben
1. Errechne die fehlenden Werte in folgender Tabelle:
| pH-Wert | 0 | 1 | 2 | 4 | 8 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| c(H+) in mol/L | 1 | 0,01 | 0,001 | 0,000 01 | 0,000 000 1 | ||||
| Protonenzahl/L | 6 · 1023 | 6 · 1022 | 6 · 1019 | 6 · 1017 | 6 · 1016 | ||||
| pOH-Wert | 14 | 13 | 9 | 6 |
2. Eine Backpulverlösung zeigt einen pH-Wert von 8,5. Berechne die Konzentration der H+-Ionen.
- Welches der folgenden Ergebnisse ist richtig?
- a) c(H+) = 2,65 · 10-6 mol/L
- b) c(H+) = 5,24 · 10-12 mol/L
- c) c(H+) = 3,16 · 10-9 mol/L
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