Wie rechnet man Konzentration in pH um?

Vom sauren zum Zahlenwert: Die Umrechnung von Wasserstoffionen-Konzentration zum pH-Wert

Der pH-Wert ist ein Maß für die Stärke einer sauren oder basischen (alkalischen) Lösung. Er gibt indirekt die Konzentration der Wasserstoffionen (H⁺) an, die in der Lösung vorhanden sind. Dieser Wert ist für viele chemische und biologische Prozesse von entscheidender Bedeutung, da er das Reaktionsverhalten vieler Substanzen beeinflusst. Die Frage, wie man von der H⁺-Konzentration zum pH-Wert gelangt, ist daher essentiell für das Verständnis chemischer Zusammenhänge.

Die direkte Beziehung zwischen der Wasserstoffionen-Konzentration [H⁺] (angegeben in mol/L oder mmol/L) und dem pH-Wert wird durch die folgende Formel beschrieben:

pH = -log₁₀[H⁺]

Diese Formel verdeutlicht, dass der pH-Wert der negative dekadische Logarithmus der Wasserstoffionen-Konzentration ist. Ein niedriger pH-Wert bedeutet eine hohe H⁺-Konzentration und damit eine saure Lösung. Ein hoher pH-Wert bedeutet eine niedrige H⁺-Konzentration und damit eine basische Lösung. Ein neutraler pH-Wert von 7 bei 25°C bezeichnet eine Lösung mit einer H⁺-Konzentration von 10⁻⁷ mol/L. Die Temperatur spielt eine Rolle, da die Autoprotolyse des Wassers, die die Konzentration von H⁺ und OH⁻ Ionen bestimmt, temperaturabhängig ist.

Beispielrechnung:

Nehmen wir an, eine Lösung hat eine Wasserstoffionen-Konzentration von [H⁺] = 10⁻⁴ mol/L. Um den pH-Wert zu berechnen, setzen wir den Wert in die Formel ein:

pH = -log₁₀(10⁻⁴) = 4

Die Lösung hat also einen pH-Wert von 4 und ist somit sauer.

Umgekehrte Berechnung:

Umgekehrt lässt sich aus dem pH-Wert die Wasserstoffionen-Konzentration berechnen:

[H⁺] = 10⁻pH

Beispiel: Eine Lösung hat einen pH-Wert von 9. Die Wasserstoffionen-Konzentration beträgt:

[H⁺] = 10⁻⁹ mol/L

Diese Lösung ist basisch.

Wichtige Anmerkungen:

• Die Formel gilt streng genommen nur für ideale Lösungen. In realen Lösungen, insbesondere bei hohen Konzentrationen, können Abweichungen auftreten.
• Die Genauigkeit der pH-Wert-Messung hängt von der verwendeten Methode und den Messgeräten ab.
• Der pH-Wert ist ein logarithmischer Wert. Eine Änderung des pH-Werts um eine Einheit bedeutet eine zehnfache Änderung der Wasserstoffionen-Konzentration. Ein pH-Wert von 3 ist beispielsweise zehnmal saurer als ein pH-Wert von 4.

Das Verständnis der Beziehung zwischen pH-Wert und Wasserstoffionen-Konzentration ist grundlegend für viele wissenschaftliche und technische Disziplinen, von der Chemie und Biologie bis zur Umwelttechnik und Lebensmitteltechnologie. Die hier beschriebenen Berechnungen ermöglichen eine einfache und präzise Umrechnung zwischen beiden Größen.