Warum beginnt der pH-Wert bei 7?

Warum ist der pH-Wert von reinem Wasser 7?

Der pH-Wert, ein Maß für die Konzentration von Wasserstoffionen (H⁺) in einer Lösung, spielt eine entscheidende Rolle in vielen chemischen und biologischen Prozessen. Ein zentraler Punkt ist der neutrale pH-Wert von 7, der in reinem Wasser herrscht. Diese Neutralität resultiert aus einem exakten Gleichgewicht zwischen Oxoniumionen (H₃O⁺) und Hydroxidionen (OH^–).

Rein theoretisch ist reines Wasser nicht völlig frei von Ionen. Es kommt durch eine selbstdissoziationsreaktion zu einem sehr geringen Ausmaß an Ionenbildung:

2H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻

Diese Gleichgewichtsreaktion ist entscheidend. Dabei spaltet ein Wassermolekül ein Proton (H⁺) ab, das sich an einem anderen Wassermolekül bindet und so zum Oxoniumion (H₃O⁺) wird. Gleichzeitig entsteht ein Hydroxidion (OH⁻). Bei 25 °C ist die Konzentration dieser beiden Ionen in reinem Wasser exakt gleich. Jede Konzentration beträgt 10^-7 mol/l.

Diese Ionenkonzentration von 10^-7 mol/l bestimmt den pH-Wert von 7. Der pH-Wert wird definiert als der negative dekadische Logarithmus der Oxoniumionenkonzentration: pH = -log₁₀[H₃O⁺]. Da sowohl [H₃O⁺] als auch [OH^–] in reinem Wasser gleich 10^-7 mol/l sind, beträgt der pH-Wert 7.

Wie wirkt sich die Zugabe von Säuren und Basen aus?

Die Zugabe von Säuren erhöht die Konzentration der Oxoniumionen, was zu einem pH-Wert unter 7 führt (saurer Bereich). Im Gegensatz dazu erhöhen Basen die Konzentration der Hydroxidionen, was zu einem pH-Wert über 7 führt (alkalischer Bereich). Diese Verschiebung vom Gleichgewicht zwischen Oxonium- und Hydroxidionen ist der Grund für die unterschiedlichen pH-Werte von verschiedenen Lösungen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der neutrale pH-Wert von 7 in reinem Wasser auf dem präzisen Gleichgewicht zwischen den Konzentrationen von Oxonium- und Hydroxidionen beruht, die durch die Selbstdissoziation von Wasser entstehen. Die Zugabe von Säuren oder Basen verschiebt dieses Gleichgewicht und verändert somit den pH-Wert.