Der pH-Wert

Ob eine Lösung sauer oder basisch ist, weiß man nach der letzten Lektion. Offen bleibt die Frage: wie sauer? Genau das beantwortet der pH-Wert. Er ist ein Maß dafür, wie viele Wasserstoff-Ionen in einem Liter Lösung frei herumschwimmen. Viele Wasserstoff-Ionen bedeuten einen kleinen pH-Wert, wenige bedeuten einen großen. Die Skala läuft in der Schule von 0 bis 14, wobei 7 die Mitte ist.

Unter 7 ist eine Lösung sauer, bei genau 7 neutral, über 7 basisch. Reines Wasser liegt bei 7, Magensaft bei etwa 1,5, Citronensaft bei etwa 2,2, Milch bei 6,5, Seifenlösung bei 9 und Rohrreiniger bei 13. Messen kannst du den Wert mit Universalindikator, mit pH-Papier oder genauer mit einem pH-Meter. Der Indikator zeigt die Farbe rot bis orange für saure, grün für neutrale und blau bis violett für basische Lösungen.

Das Wichtigste an der Skala ist ihr Maßstab: Sie ist nicht gleichmäßig, sondern zehnerweise gestuft. Eine Lösung mit pH 3 enthält zehnmal so viele Wasserstoff-Ionen wie eine mit pH 4 und hundertmal so viele wie eine mit pH 5. Hier liegt der häufigste Fehler: Viele denken, pH 2 sei doppelt so sauer wie pH 4. Tatsächlich ist es der Faktor 100. Und weil kleine Zahlen sauer bedeuten, rutscht ein Wert beim Verdünnen nach oben in Richtung 7, nicht nach unten.

Im Unterricht wird der pH-Wert meist mit Universalindikator oder pH-Papier bestimmt. Dabei wird ein Streifen Papier oder ein Tropfen Indikatorlösung mit der Probe in Kontakt gebracht. Der im Indikator enthaltene Farbstoff ändert seine Struktur je nach Konzentration der Wasserstoff-Ionen und nimmt dadurch eine andere Farbe an, die anschließend mit einer gedruckten Farbskala verglichen wird.

Diese Methode ist schnell und günstig, aber nicht sehr genau: Man kann meist nur auf eine ganze oder halbe pH-Stufe genau ablesen, und die Einschätzung hängt vom Auge des Betrachters ab. Für genauere Messungen nutzt man ein elektronisches pH-Meter mit einer Glaselektrode. Sie misst eine kleine elektrische Spannung, die von der Konzentration der Wasserstoff-Ionen abhängt, und zeigt den pH-Wert direkt mit einer oder zwei Nachkommastellen an.

Vor jeder genauen Messung muss ein pH-Meter mit Pufferlösungen bekannten pH-Werts kalibriert werden, da sich die Elektrode über Zeit und Gebrauch leicht verschiebt. In der Industrie, etwa bei der Wasseraufbereitung oder in der Lebensmittelproduktion, werden pH-Werte fortlaufend mit solchen kalibrierten Sonden überwacht, weil schon kleine Abweichungen die Produktqualität beeinflussen können.

Der häufigste Fehler ist die falsche Vorstellung, die pH-Skala sei linear. Viele nehmen an, der Unterschied zwischen pH 2 und pH 4 sei genauso groß wie zwischen pH 10 und pH 12. Tatsächlich bedeutet jede einzelne Stufe den Faktor 10 in der Konzentration der Wasserstoff-Ionen, weshalb der Unterschied zwischen benachbarten Werten je nach Ausgangswert riesig sein kann.

Ein zweiter Fehler ist die Annahme, ein hoher pH-Wert bedeute automatisch eine stärkere Wirkung als ein niedriger. Ob eine Lösung gefährlicher ist, hängt vom Abstand zu pH 7 ab, nicht davon, ob man sich im sauren oder basischen Bereich befindet: pH 1 und pH 13 sind beide extrem und ätzend, obwohl der eine Wert klein und der andere groß ist.

Ein dritter Fehler betrifft das Verdünnen: Manche denken, verdünnte Säure werde automatisch basisch, wenn man genug Wasser zugibt. Tatsächlich nähert sich der pH-Wert beim Verdünnen immer nur an 7 an, überschreitet diesen Wert aber nicht – aus einer Säure kann durch reines Verdünnen mit Wasser niemals eine Lauge werden.

Deine Haut hat im gesunden Zustand einen leicht sauren pH-Wert von etwa 4,5 bis 5,5, den sogenannten Säureschutzmantel. Er hemmt das Wachstum vieler Krankheitserreger. Deshalb sind viele Hautpflegeprodukte bewusst auf einen ähnlichen pH-Wert eingestellt, um diesen Schutz nicht zu zerstören – zu basische Seifen können die Haut austrocknen und angreifbarer machen.

Im Aquarium und im Gartenteich ist der pH-Wert des Wassers entscheidend für das Wohlbefinden von Fischen und Pflanzen. Die meisten Süßwasserfische vertragen nur einen engen Bereich um pH 7, größere Abweichungen können tödlich sein. Aquarianer messen den Wert deshalb regelmäßig und können ihn mit speziellen Zusätzen leicht anpassen.

Auch Regen ist von Natur aus leicht sauer, mit einem pH-Wert um 5,6, weil sich Kohlenstoffdioxid aus der Luft im Wasser löst und Kohlensäure bildet. Saurer Regen mit Werten unter 4,5 entsteht zusätzlich durch Schwefel- und Stickoxide aus Industrie und Verkehr und kann Wälder und Gewässer nachhaltig schädigen.