Welcher pH-Bereich ist bei wässrigen Lösungen messbar?

Der messbare pH-Bereich wässriger Lösungen

Der pH-Wert ist ein Maß für die Konzentration von Wasserstoffionen (H⁺) in einer wässrigen Lösung und gibt somit deren Säure- oder Basizität an. Allgemein wird der pH-Wert einer wässrigen Lösung im Bereich von 0 bis 14 angegeben, wobei 7 neutral ist. Werte unter 7 kennzeichnen saure Lösungen, Werte über 7 alkalische Lösungen. Diese Aussage, während oft ausreichend für die Praxis, ist vereinfachend und verbirgt die Grenzen der Messbarkeit.

Die klassische Definition des pH-Werts basiert auf der Konzentration von Wasserstoffionen und dem logarithmischen Maßstab. Diese Definition impliziert einen theoretisch unbeschränkten Bereich. In der Praxis jedoch sind die Messmöglichkeiten begrenzt und werden durch die Eigenschaften der verwendeten Messmethoden bestimmt.

Grenzen der Messbarkeit:

Obwohl theoretisch der pH-Bereich über 14 und unter 0 existiert, lassen sich diese extremen Werte nur schwer, bzw. gar nicht direkt messen. Im Bereich von 0 bis 14 lässt sich die Konzentration mit Standardmethoden wie pH-Elektroden, kolorimetrischen Indikatoren oder Titrationen zuverlässig ermitteln.

• Unter 0 (stark saure Lösungen): Sehr konzentrierte Lösungen starker Säuren wie konzentrierte Salzsäure (HCl) oder Schwefelsäure (H₂SO₄) können einen pH-Wert unter 0 erreichen. Die Messgenauigkeit bei diesen Extrembereichen wird durch die begrenzte Genauigkeit der pH-Elektroden und die Komplexität der Ionenaktivitäten in so konzentrierten Lösungen beeinträchtigt. Möglicherweise zeigt die Elektrode gar keine sinnvollen Messwerte an, da die verwendeten Bezugselemente des Messgerätes zu stark beeinflußt werden.

• Über 14 (stark alkalische Lösungen): Ähnliches gilt für hochkonzentrierte Lösungen starker Basen, wie z.B. konzentrierte Natriumhydroxid-Lösungen (NaOH). Auch hier wird die Messung durch die hohen Konzentrationen der Hydroxid-Ionen (OH^–) und die damit verbundenen Interaktionen erschwert, und die Messgenauigkeit sinkt.

Praktischer Messbereich:

In der Praxis ist der messbare pH-Bereich einer wässrigen Lösung realistisch auf etwa 0 bis 14 begrenzt. Das bedeutet nicht, dass Werte ausserhalb dieses Bereiches nicht existieren können. Es wird aber schwierig, den Wert zuverlässig mit den gängigen Methoden zu bestimmen.

Methoden zur pH-Bestimmung:

Verschiedene Methoden liefern unterschiedliche Genauigkeit im gesamten pH-Bereich. Die pH-Elektrode ist die präziseste Methode im typischen Bereich (etwa 2-12). Für extrem saure oder alkalische Lösungen könnten alternative Methoden, wie z.B. potentiometrische Titrationen, erforderlich werden, um den pH-Wert genauer zu bestimmen.

Fazit:

Während der theoretische pH-Bereich von wässrigen Lösungen theoretisch unbeschränkt ist, ist der messbare Bereich in der Praxis auf etwa 0 bis 14 beschränkt. Die Präzision der Messung kann durch die hohe Konzentration der H⁺– bzw. OH^–-Ionen stark eingeschränkt werden. Für genaue Ergebnisse im extrem sauren oder alkalischen Bereich sind spezialisierte Methoden und Messungen notwendig.