PH-Wert

Der pH-Wert ist ein Maß für die Menge an Säure- bzw. Base in einer Lösung. Der Begriff leitet sich von Pondus Hydrogenii (lat. pondus = Gewicht; 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.

Beispiele für verschiedene pH-Werte

Berechnung des pH-Wertes

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^-]

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 starken Basen auch größer als 14 und bei 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.

Als neutral gilt der pH-Wert 7, zum Beispiel von Wasser bei 25 °C. Nach der Definition kommen auch H₃O⁺ vor. Die H₃O⁺-Konzentration beträgt nach der Autoprotolyse von Wasser (also der Reaktion 2H₂O → H₃O⁺ + OH^-) 10^-7 mol/l. 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.

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.

Der pH-Wert bei anderen Lösungsmitteln

Der pH-Wert ist auch für andere protische (also wasserstoffhaltige) Lösungsmittel (zum Beispiel Ammoniak) definiert und beruht ebenfalls auf der Autoprotolyse dieser Lösungsmittel. Die allgemeine Reaktion lautet 2LH → LH₂⁺ + L^-. 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⁺]

Der Neutralpunkt liegt dann natürlich nicht mehr bei 7, sondern hängt vom jeweiligen Lösungsmittel ab.

Beispiel (Wasserfreie) Ameisensäure:

2HCOOH → HCOOH₂⁺ + HCOO^-

Die Konzentration der Produkte liegt bei etwa 10^-3.1 mol/l. Der neutrale pH-Wert ist daher 3.1. Bei anderen Lösungsmittel liegt er selbstverständlich woanders (zum Beispiel Ethanol bei etwa 10).

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 Fe-Mangel 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 Aquariumsbesitzer

"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.