PH-Wert

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aDer pH-Wert ist ein Maß für die Menge an Säure bzw. Base in einer Lösung. Der Begriff leitet sich von Potentia Hydrogenii (lat. potentia = Kraft; hydrogenium = Wasserstoff) ab.

pH 0 bis <7 entspricht einer sauren Lösung
pH 7 entspricht einer neutralen Lösung
pH >7 bis 14 entspricht einer alkalischen Lösung

Genau bestimmt werden kann der pH-Wert mit Hilfe von bestimmten Messgeräten (pH-Elektrode) oder ungefähr mit einem Universal-Indikator und dem Vergleich mit einer Farbskala.

Inhaltsverzeichnis

1 Beispiele für verschiedene pH-Werte

2 Physikalische Definition des pH-Wertes einer wässrigen Lösung

3 Zusammenhang mit Säuren und Basen

4 Berechnung des pH-Wertes bei bekannter Konzentration an Säuren und Basen

5 Der pH-Wert bei anderen Lösungsmitteln

6 Bedeutung des pH-Wertes

6.1 Die Auswirkung des pH-Werts auf das Wachstum von Pflanzen
6.2 Bedeutung des pH-Wertes für Besitzer von Aquarien

Beispiele für verschiedene pH-Werte

Physikalische Definition des pH-Wertes einer wässrigen Lösung

Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus (log) der molaren Konzentration der Wasserstoff-Ionen in einer wässrigen Lösung. (Exakter: Der pH-Wert ist der negative Wert des dekadischen Logarithmus der gemessenen Aktivität der Hydroniumionen in einer Lösung.)

pH = -log ₁₀ [H₃O⁺]

Ein Absenken des pH-Wertes um eine Einheit bedeutet daher eine Verzehnfachung der Hydroniumionen-Konzentration. Wird die Hydroniumionen-Konzentration durch Verdünnung einer Lösung auf ein Zehntel der ursprünglichen Konzentration gesenkt, steigt der pH-Wert um eine Einheit.

Analog zum pH-Wert definiert man den pOH-Wert als den negativen dekadischen Logarithmus der molaren Konzentration der Hydroxid-Ionen in einer wässrigen Lösung:

pOH = -log ₁₀ [OH^-]

Als neutral gilt der pH-Wert 7, den reines Wasser bei einer Temperatur bei 25 °C aufweist. Dieser pH-Wert stellt sich durch die sogenannte Autoprotolyse des Wassers ein.

2H₂O → H₃O⁺ + OH^-

Aufgrund der Temperaturabhängigkeit dieser Reaktion ist auch der pH-Wert des Neutralpunktes temperaturabhängig. In wässrigen Lösungen gilt für den pH- und den pOH-Wert der Zusammenhang: pH + pOH = 14.

Zusammenhang mit Säuren und Basen

Werden Säuren oder Basen in Wasser gelöst geben diese durch die Dissoziation Wasserstoffionen ab und verändern dadurch den pH-Wert. Damit wird der pH-Wert zu einem Maß der Menge an Säuren und Basen in einer Lösung. Je nach Stärke der Säure oder Base disoziiert sie zu einem größeren Anteil und verändert somit den pH-Wert drastischer.

Wie schon erwähnt, gibt man pH-Werte zwischen 0 (stark sauer) und 14 (stark alkalisch) an. Wie allerdings aus der Definition hervorgeht, kann er theoretisch bei sehr starken Basen auch größer als 14 und bei sehr starken Säuren auch kleiner als 0 sein. In der Praxis hat dies allerdings keine Bedeutung, da sich solche pH-Werte mit handelsüblichen Messgeräten nicht mehr messen lassen.

Eine besondere Bedeutung haben Lösungen schwacher Säuren und Basen mit einem pH Wert nahe ihrer Säurekonstante. Sie dienen als sogenannte Pufferlösungen. Der pH-Wert solcher Pufferlösungen ändert sich bei Zugabe von Säuren und Basen in Abhängigkeit von der Pufferkapazität nur gering.

Eine Aufnahme von einer Säure erfolgt beispielsweise auch dadurch, dass Kohlendioxid sehr gut in Wasser löslich ist. Lässt man Wasser an der Luft stehen, nimmt es aufgrund der sich durch Lösen von Kohlendioxid bildenden Kohlensäure einen pH-Wert von etwa 5 an. Dies ist auch der pH-Wert, der als dermatologisch neutral bezeichnet wird.

Berechnung des pH-Wertes bei bekannter Konzentration an Säuren und Basen

Der pH-Wert Wert lässt sich bei bekannter Konzentration an Säuren und Basen in einer wässrigen Lösung auch berechnen. So entspricht der pH-Wert starker Säuren den negativen Dekadischen Logarithmus der Konzentration der Säure, da man davon ausgeht, dass die Konzentration der Säure der der Oxoniumionen entspricht und die Autoprotolyse des Wassers außer Acht lässt. Der pH-Wert von schwachen Säuren ist die Hälfte der Differenz von PKS-Wert und dem dekadischen Logarithmus der Säurekonzentration. Bei mehrprotonigen Säuren muss man diese Werte für jedes abgegebene Proton berechnen und anschließend addieren. Diese Berechnungen können für das Herstellen von Lösungen mit einem bestimmten pH-Wert sehr hilfreich sein.

Für Lösungen eines Salzes einer Säure/Base lässt sich der pH-Wert über die sogenannte Henderson-Hasselbalch-Gleichung näherungungsweise berechnen. Sind jedoch verschiedene Salze oder Salze von mehrbasiger Säuren gelöst, verkompliziert sich diese Gleichung sehr rasch. Für eine genaue Berechnung muss zusätzlich noch die Aktivität (Chemie) berücksichtigt werden. Eine Lösung dieser Gleichungen ist dann nur noch über iterative Verfahren möglich.

Der pH-Wert bei anderen Lösungsmitteln

Eine Art "pH-Wert" ist auch für andere protische Lösungsmittel (also solche, die Protonen übertragen können) definiert und beruht ebenfalls auf der Autoprotolyse dieser Lösungsmittel. Die allgemeine Reaktion lautet:

2LH LH₂⁺ + L^- (allg. Formulierung der Autoprotolyse)

LH₂⁺ = Lyonium-Ion; L^- = Lyat-Ion

Die Gleichgewichtskonstante K ist hier im allgemeinen kleiner als beim Ionenprodukt des Wassers

Der pH-Wert ist dann folgendermaßen definiert (der Index p weist darauf hin, dass es sich nicht um wässrige, aber protische Lösungen handelt):

pH_p = -log ₁₀ [LH₂⁺]

Beispiele:

2HCOOH HCOOH₂⁺ + HCOO^- (wasserfreie) Ameisensäure

2NH₃ NH₂^- + NH₄⁺ Ammoniak

2CH₃COOH CH₃COO^- + CH₃COOH₂⁺ Eisessig

2C₂H₅OH C₂H₅OH₂⁺ + C₂H₅O^- Ethanol

Bedeutung des pH-Wertes

Die Auswirkung des pH-Werts auf das Wachstum von Pflanzen

Grundsätzlich beeinflusst der pH-Wert des Bodens die Verfügbarkeit der Nährsalze (zum Beispiel Eisenmangel bei neutralem und alkalischem pH-Wert). Zudem schädigen extreme pH-Werte die Pflanzenorgane (saurer Regen, Verätzungen).

Für den Nährstoffhaushalt von Pflanzen ist (neben Phosphor, Schwefel und Kali) Stickstoff von besonderer Bedeutung. Stickstoff wird fast immer in Form von wasserlöslichem Ammonium (NH₄⁺ Ionen) oder häufiger als Nitrat (NO₃^- Ionen) aufgenommen. Ammonium und Nitrat stehen in Böden mit einem pH-Wert von 7 im Gleichgewicht. Bei sauren Böden überwiegen die NH₄⁺ Ionen, bei alkalischen Böden überwiegen die NO₃^- Ionen.

Wenn nun eine Pflanze aufgrund der Durchlässigkeit der Wurzelmembranen nur NH₄⁺ aufnehmen kann, ist sie an saure Böden gebunden und dementsprechend obligat acidophil (säureliebend). Wenn sie nur Nitrat NO₃^- aufnehmen kann, kann sie nur auf basenreichen Böden wachsen (obligat basophil). Wenn sie jedoch sowohl Ammonium, als auch Nitrat aufnehmen kann, kann sie sowohl auf sauren als auch auf basenreichen Böden wachsen. In Kunstdüngern wird Ammoniumnitrat (NH₄NO₃) verwendet, ein Salz aus Ammonium- und Nitrat-Ionen.

Viele Pflanzenarten bevorzugen einen bestimmten pH-Bereich. Wenn dieser Idealbereich nur leicht über- oder unterschritten wird, ist für die meisten Pflanzen ein normales Wachstum noch ohne weiteres möglich, zumal ein „falscher“ pH-Wert durch andere das Wachstum beeinflussende Faktoren ausgeglichen werden kann (zum Beispiel Sonneneinstrahlung, Nährstoffgehalt und so weiter).

Bei übermäßig hohem oder niedrigem pH-Wert sind die Nährstoffe im Boden festgelegt und stehen somit für die Pflanzen nur noch unzureichend zur Verfügung. Außerdem werden bei einem sehr tiefen pH-Wert für Pflanzen giftige Stoffe des Bodens freigesetzt. Dazu gehören Aluminium- und Mangan-Ionen.

Siehe auch: Boden-pH, Bodenversauerung

Bedeutung des pH-Wertes für Besitzer von Aquarien

"Die meisten Fische und Pflanzen sind robust genug und vertragen den pH-Wert, der sich im Laufe der Zeit in einem Aquarium ~ von alleine einstellt. Allerdings vertragen dies eben einige spezielle Pflanzen und vor allem Seewasser-Aquarien nicht."

Dies ist eine immer wieder auftauchende, aber falsche Aussage.

VORSICHT an den unbedarften Leser: Pflanzen im Aquarium können mit einem falschen pH-Wert besser umgehen als Fische. Aber auch bei den Pflanzen sollten die Wasserwerte stimmen. Für die Fische gilt es, eine artgerechte Haltung aufzubauen. Wenn diese kleinen Paddler sich auf jeden pH-Wert einstellen könnten, würden sie ja nicht regional, sondern global auftreten. Also: bitte den pH-Wert den Fischen entsprechend anpassen oder die Pfleglinge dem pH-Wert entsprechend auswählen.

Einige grobe Richtwerte für den pH-Wert gängiger Aquarienfische:

Saures Wasser (pH ~ 6):

Südamerikaner (Neon, Skalar, Diskus, L-Welse, etc.)
Asiaten (Guaramis, Fadenfische, etc.)

Neutrales Wasser (pH ~ 7)

Mittelamerikaner (Feuermaulbuntbarsch, etc.)

Alkalisches Wasser (ph ~ 8)

Ostafrikanische Grabenseen (Buntbarsche aus dem Tanganjika- und Malawisee, etc.)

Dem Aquarianer wird dringest empfohlen, sich über die genauen Ansprüche (pH-Werte) seiner Zierfische zu informieren. Die Fische passen sich nicht einfach den ihnen zur Verfügung gestellten Wasserwerten an.

-- 13:17, 9. Mär 2005 (CET)

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