Hat warmes Wasser einen höheren pH-Wert?

Hat warmes Wasser einen höheren pH-Wert? Eine Frage der Perspektive

Die Frage, ob warmes Wasser einen höheren pH-Wert hat, ist auf den ersten Blick verwirrend. Schließlich lernen wir in der Schule, dass ein pH-Wert von 7 neutral ist, Werte unter 7 sauer und Werte über 7 basisch. Die oben genannte Information, dass warmes Wasser einen niedrigeren pH-Wert als kaltes Wasser hat, scheint dem zu widersprechen. Aber die Antwort liegt im Detail und in der genauen Definition, was wir unter “pH-Wert” verstehen.

pH-Wert: Ein Maß für die Aktivität von Wasserstoffionen

Der pH-Wert ist definiert als der negative dekadische Logarithmus der Wasserstoffionenaktivität (genauer: Oxoniumionen, H3O+) in einer Lösung. Je höher die Konzentration an Wasserstoffionen, desto niedriger der pH-Wert und desto saurer die Lösung.

Die Autoprotolyse des Wassers

Reines Wasser ist nicht komplett frei von Ionen. Es unterliegt einem Prozess, der Autoprotolyse genannt wird. Dabei reagieren zwei Wassermoleküle miteinander:

H₂O + H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻

Ein Wassermolekül nimmt ein Proton auf und wird zum Oxoniumion (H₃O⁺), während das andere ein Proton abgibt und zum Hydroxidion (OH⁻) wird. Im reinen Wasser bei 25°C herrscht ein Gleichgewicht zwischen diesen Ionen, und die Konzentrationen von H₃O⁺ und OH⁻ sind gleich. Da beide Konzentrationen gleich sind und gering sind, ergibt sich ein pH-Wert von 7, was wir als neutral bezeichnen.

Der Einfluss der Temperatur

Die Autoprotolyse ist eine endotherme Reaktion, das heißt, sie benötigt Energie. Wenn wir Wasser erwärmen, wird dieses Gleichgewicht verschoben. Die Reaktion wird stärker in Richtung der Bildung von Oxoniumionen und Hydroxidionen getrieben. Sowohl die Konzentration der Oxoniumionen als auch die Konzentration der Hydroxidionen nehmen also zu.

Der Knackpunkt: Neutralität bleibt erhalten, aber der pH-Wert sinkt

Hier liegt der entscheidende Punkt: Obwohl die Konzentration der Oxoniumionen mit steigender Temperatur zunimmt und der pH-Wert sinkt, bleibt das Wasser dennoch neutral. Das liegt daran, dass die Konzentration der Oxoniumionen und der Hydroxidionen weiterhin gleich sind.

Was bedeutet das konkret?

• Kaltes Wasser (z.B. 25°C): pH-Wert ≈ 7, [H₃O⁺] = [OH⁻] = 10⁻⁷ mol/L
• Kochendes Wasser (100°C): pH-Wert ≈ 6.14, [H₃O⁺] = [OH⁻] = ca. 7.2 x 10⁻⁷ mol/L

Fazit: Eine Frage der Definition von “Neutralität”

Warmes Wasser hat einen niedrigeren pH-Wert als kaltes Wasser. Allerdings ist es dennoch neutral, da die Konzentration der Oxoniumionen und Hydroxidionen gleich ist. Die Definition von “Neutralität” ändert sich also mit der Temperatur. Ein pH-Wert von 7 bedeutet bei Raumtemperatur Neutralität, aber bei höheren Temperaturen ist ein niedrigerer pH-Wert erforderlich, um die Neutralität zu gewährleisten.

Zusätzliche Anmerkung: In der Praxis wird selten reines Wasser verwendet. Die meisten Wasserproben enthalten gelöste Mineralien und andere Substanzen, die den pH-Wert beeinflussen können. Der hier beschriebene Effekt bezieht sich auf reines Wasser. In komplexeren Lösungen können die Auswirkungen der Temperatur auf den pH-Wert noch komplizierter sein.