Wie berechnet man Konzentrationen aus dem pH-Wert?

Vom pH-Wert zur Wasserstoffionenkonzentration: Eine einfache Berechnung

Der pH-Wert ist ein Maß für die Stärke einer sauren oder basischen wässrigen Lösung. Er gibt die Konzentration der Wasserstoffionen (H⁺) an und ist somit ein fundamentaler Parameter in der Chemie und vielen verwandten Disziplinen. Doch wie berechnet man nun die konkrete Wasserstoffionenkonzentration [H⁺], wenn nur der pH-Wert bekannt ist? Die Antwort ist überraschend einfach.

Die Definition des pH-Werts lautet:

pH = -log₁₀[H⁺]

Diese Gleichung besagt, dass der pH-Wert der negative dekadische Logarithmus der Wasserstoffionenkonzentration ist. Um die Konzentration [H⁺] zu berechnen, muss diese Gleichung lediglich umgestellt werden. Durch Anwendung der Antilogarithmusfunktion (10^x) erhält man:

[H⁺] = 10^-pH

Diese Formel erlaubt die direkte Berechnung der Wasserstoffionenkonzentration in mol/l (mol pro Liter) aus dem gemessenen pH-Wert. Die Einheit mol/l ist die Standard-Einheit für die Stoffmengenkonzentration.

Beispiel:

Eine Lösung hat einen pH-Wert von 3. Um die Wasserstoffionenkonzentration zu berechnen, setzen wir den pH-Wert in die Formel ein:

[H⁺] = 10^-3 mol/l = 0,001 mol/l

Dies bedeutet, dass in einem Liter dieser Lösung 0,001 Mol Wasserstoffionen vorhanden sind.

Wichtige Anmerkungen:

• Die Formel gilt nur für wässrige Lösungen bei 25°C. Bei anderen Temperaturen oder in nicht-wässrigen Lösungsmitteln weichen die Verhältnisse ab.
• Der pH-Wert kann im Prinzip alle Werte von 0 bis 14 annehmen, wobei pH 7 Neutralität darstellt. Werte unter 7 zeigen eine saure, Werte über 7 eine basische Lösung an. Extrem saure oder basische Lösungen können jedoch pH-Werte außerhalb dieses Bereichs aufweisen.
• Die Genauigkeit der berechneten Konzentration hängt von der Genauigkeit der pH-Wert-Messung ab. Geringe Messfehler im pH-Wert können zu signifikanten Abweichungen in der berechneten Konzentration führen, besonders bei pH-Werten nahe 0 oder 14.
• Die Formel liefert die Konzentration der freien Wasserstoffionen. In manchen Lösungen können Wasserstoffionen durch Komplexbildung oder andere Reaktionen gebunden sein, was die tatsächliche, effektiv wirksame Konzentration beeinflussen kann.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Berechnung der Wasserstoffionenkonzentration aus dem pH-Wert eine einfache, aber wichtige Rechenoperation ist, die in vielen chemischen und biochemischen Anwendungen unerlässlich ist. Die Formel [H⁺] = 10^-pH bietet eine direkte und präzise Methode, um diese Konzentration zu ermitteln.