Mancher hat sich schon gewundert, warum die Reihe der pH-Werte ausgerechnet von 0 bis 14 reicht. Wir sind an das Dezimalsystem gewöhnt. Was soll dann dieser Zahlenbereich?
Die Skala beginnt mit dem für stark saure Lösungen charakteristischen Wert 0 und endet mit dem Wert 14 für stark alkalische Lösungen. Die Mittelzahl 7 beschreibt auch die chemische Mitte, den Neutralbereich. Das wissen wir: Wenn gleichkonzentrierte starke Säuren und Laugen miteinander reagieren, neutralisieren sie sich:

HCl + NaOH ———> NaCl + H₂O

Saure Lösungen mit dem pH-Wert 0 sind einmolar, das heißt, sie enthalten in einem Liter Lösung 6 · 10²³ freie Protonen (bzw. Hydronium-Ionen H₃O⁺). Deren Konzentration beträgt als Zehnerpotenz geschrieben 10⁰ mol/l. Eine saure Lösung mit pH 1 enthält nur ein Zehntel davon, also 0,1 mol/l oder 6 · 10²² Protonen. Bei pH 2 sind es nur noch 0,01 mol /l oder 6 · 10²¹ Protonen. Es ist offensichtlich: Der pH-Wert hängt mit der Protonenkonzentration zusammen.
Wir müssen uns daran erinnern, dass eine Zahlenreihe wie 0 und 0,1 und 0,001... als Zehnerpotenzreihe dargestellt werden kann. Also: 1 = 10⁰ und 0,1 = 10^-1 und 0,01 = 10^-2 und so weiter. Nimmt man die Hochzahlen absolut, also ohne das Minuszeichen, so hat man den pH-Wert!

Was ist beim Neutralpunkt pH 7 los?
Hier ist die Konzentration der Protonen 10^-7 mol/l. Darf es da überhaupt noch Protonen geben? Dann müsste die Lösung ja sauer sein. Ein pH-Wert 7 steht aber für neutrales Milieu. Wasser ist jedoch nicht stabil; es gibt wie eine Säure begrenzt Protonen ab. Dabei bilden sich OH^--Ionen.

Es liegen somit genau so viel Protonen wie OH^--Ionen vor. Die halten sich im Schach.

Und wie ist es bei pH 8? Das ist bereits alkalisches Milieu. Da ist die Konzentration der Protonen 10^-8. Die Konzentration der OH-Ionen muss dann also 10mal höher als bei pH 7, also 10^-6 sein. Die absoluten Zehnerpotenzen der Konzentrationen von H⁺ und OH^- sind gegenläufig.
Nun ist es an der Zeit, auch einen pOH-Wert zu definieren. Bei pH 14 ist die Lauge einmolar, das heißt, sie enthält in einem Liter Lösung 6 · 10²³ Hydroxid-Ionen. Deren Konzentration beträgt als Zehnerpotenz geschrieben 10⁰ mol/l. Der pOH-Wert ist 0. Bei pH 13 ist sie verdünnter, ihre Konzentration ist 10^-1 mol/l, der pOH-Wert ist 1. Bei pH 12 ist die Konzentration der Lauge 10^-2 mol/l, der pOH-Wert 2... Und so weiter!
Wir sehen, dass die Summe der absoluten Zehnerpotenzzahlen immer 14 ist.
Es gilt also für jede Lösung:

pH + pOH = 14

Das bedeutet aber auch, dass die Summe der Zehnerpotenzen der Konzentrationen immer 14 ist. Folglich muss das Produkt der Konzentrationen von H⁺ und OH^- immer 10^-14 sein!

K = [H⁺] · [OH^-] = 10^-7 · 10^-7 = 10^-14

Das ist das berühmte Ionenprodukt des Wassers. Es ist eine Gleichgewichtskonstante.

Das Vertrackte bei der pH-Skala ist, dass wir Menschen bei einer solchen Zahlenreihe an lineare Zunahme denken. In Wirklichkeit beträgt die Konzentrationsänderung von einem pH-Wert zum nächsten nicht eins, sondern den Faktor 10. Und es ist noch komplizierter: Die Änderung von pH 2 auf 1 bedeutet wesentlich stärkere Versauerung als von pH 5 nach 4.

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