Warum beträgt der pH-Bereich bei Quora 0 bis 14?

Warum liegt der pH-Bereich von Wasser bei 0 bis 14?

Der pH-Wert ist ein Maß für die Konzentration von Wasserstoffionen (H⁺) in einer wässrigen Lösung. Er beschreibt, ob eine Lösung sauer, neutral oder alkalisch (basisch) ist. Die Skala reicht von 0 bis 14, wobei 7 neutral ist. Werte unter 7 kennzeichnen saure Lösungen, Werte über 7 alkalische Lösungen. Aber warum genau 0 bis 14?

Die Antwort liegt in der chemischen Natur von Wasser und der Art, wie wir den pH-Wert definieren. Die Definition des pH-Wertes basiert auf der Konzentration der Wasserstoffionen in einer Lösung. Diese Konzentration wird in Mol pro Liter (mol/L) gemessen. Wasser selbst ist ein schwaches Elektrolyt und ionisiert nur in geringem Maße. Diese geringe Ionisation bedeutet, dass die Konzentration der Wasserstoffionen in reinem Wasser sehr gering ist.

Die Skala von 0 bis 14 umfasst das gesamte Spektrum an realistischen Wasserstoffionenaktivitäten in wässrigen Lösungen. Eine extrem hohe Konzentration von Wasserstoffionen (sehr stark saure Lösungen) führt zu einem niedrigen pH-Wert nahe 0. Im Gegensatz dazu führt eine sehr geringe Konzentration (stark alkalische Lösungen) zu einem hohen pH-Wert nahe 14.

Es gibt mathematische Gründe für diese Zahlen. Der pH-Wert wird logarithmisch definiert: pH = -log₁₀[H⁺], wobei [H⁺] die Konzentration der Wasserstoffionen in mol/l darstellt. Die logarithmische Natur der Skala spiegelt die exponentielle Beziehung zwischen Konzentration und pH wider.

Wichtig ist, dass Werte außerhalb dieses Bereichs zwar theoretisch möglich sind, aber in wässrigen Lösungen selten und in der Regel durch andere chemische Reaktionen beeinflusst oder sogar bestimmt werden. Extreme Konzentrationen von Wasserstoffionen, die zu pH-Werten unter 0 oder über 14 führen würden, sind in der Natur oder in normalen Laborumgebungen in reinem Wasser sehr selten und würden meist schnell in Reaktion mit anderen Stoffen stehen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der pH-Bereich von 0 bis 14 die mathematisch definierten Grenzen für die Wasserstoffionenaktivität in wässrigen Lösungen darstellt und das gesamte mögliche Spektrum von sauren bis alkalischen Lösungen abdeckt. Werte außerhalb dieses Bereichs sind zwar prinzipiell denkbar, aber in der Praxis in reinem Wasser eher theoretischer Natur.