Der pH-Wert - sauer oder basisch in Zahlen

Sauer oder basisch ist ein schöne Angabe aber irgendwie nicht so aussagekräftig, wie man sich das vielleicht wünscht. Essig ist sauer, Cola auch und Magensäure, Zitronensaft, .... und Salzsäure ebenfalls. Aber wie sauer ist sauer und wann besteht die Gefahr sich beim Kontakt ernsthaft zu verätzen? Das gleiche Problem gibts es bei basischen Lösungen. Wie basisch ist basisch? Man bräuchte eine Einheit dafür; ähnlich dem Meter für die Strecke oder dem Kilogramm für die Masse. Eine solche Einheit erlaubt es, statt "ganz schön sauer" eine exakte und vergleichbare Angabe zu machen. So wie man statt "ganz schön schwer" auch "131 kg" sagen kann.

Die pH-Skala

Die meisten Poolbesitzer oder Aquarianer kennen die pH-Skala bereits, da sowohl im Aquarium als auch im Pool regelmäßig der pH-Wert gemessen werden sollte. Beim Pool kann bei Abweichungen vom gewünschten Wert durch Zugabe von pH-Plus oder pH-Minus gegengesteuert werden. Ob das nötig ist, sei mal dahin gestellt. Der Poolbesitzer wird immer einen pH-Wert um 7 anstreben, denn 7 bedeutet "neutral". Ein pH-Wert unter 7 bedeutet, dass die Lösung sauer ist und über 7 ist sie basisich.

Auf den ersten Blick könnte man denken, die Macher dieser Skala müssen besoffen gewesen sein. Warum ist neutral nicht bei 0 oder meinetwegen bei 100, sondern ausgerechnet bei 7? Warum geht das genau bis 14 bzw. bis 0? Warum wählt man so eine komische Skalierung und geht es wirklich nicht unter 0 oder über 14?

Für diese komische Skalierung von 0 bis 14 gibt es sehr gute Gründe, die mit dem "Lösungsmittel" Wasser zusammen hängen. Die Skala gilt nur für Lösungen, deren Hauptbestandteil Wasser ist. Genaueres hierzu folgt in einem anderen Text zu einem späteren Zeitpunkt. Aus dem gleichen Grund geht die Skala aber nicht unter 0 oder über 14, denn bei so extremen Lösungen ist Wasser eben nicht mehr der eindeutige Hauptbestandteil. Die im Wasser gelöste Säure oder Base ist dann so hoch konzentriert, dass man eben nicht mehr von einer Lösung in Wasser sprechen kann. Deshalb gibt es zwar Lösungen mit einem pH-Wert unter 0 oder über 14 - ein exakter Wert kann dann aber nicht mehr sinnvoll angegeben werden.

Messung des pH-Werts

pH-Teststreifen / Indikatorpapier

Mit diesem Indikatorpapier ist die Messung des pH-Wertes sehr einfach. Man taucht den Streifen in die Lösung oder gibt einen Tropfen der Lösung auf den Papierstreifen. Daraufhin ändert der Papierstreifen an der benetzten Stelle seine Farbe und man kann den pH-Wert durch einen Farbvergleich mit der beim Indikatorpapier mitgelieferten Farbskala abschätzen.

Indikatorpapier gibt es in unglaublich vielen verschiedenen Ausführungen. In allen Fällen ist die grundsätzliche Funktion gleich. Das Papier ist mit einem Farbstoffgemisch versetzt, dass seine Farbe ph-abhängig ändert. Die Art der Farbänderung ist abhängig von den verwendeten Farbstoffen und somit vom Hersteller. Deshalb lässt sich keine allgemeine Aussage darüber treffen, welche Farbe welchem pH-Wert entspricht. Es ist in jedem Fall die mitgelieferte Skala nötig. Wenn die fehlt, lässt sich der pH-Wert nicht bestimmen.

Indikatorpapier ist eine sehr einfache und preiswerte Variante zur Messung des pH-Werts. Ich persönlich finde aber die Unterscheidung der verschiedenen Farben schwierig und tue mich schwer damit, eine verlässliche Aussage über den pH-Wert zu treffen, weshalb ich die Messergebnisse für wenig genau halte - zumindest wenn ich die Farbe vergleichen musste. Es gibt allerdings (zu höheren Preisen) Indikatorpapier, dass eine Messung auf eine Nachkommastelle genau ermöglicht; dann allerdings nur in einem sehr eingeschränkten Bereich des gesamten pH-Spektrums, also z.B. nur zwischen 4 und 6 oder so. Auch das ist aber abhängig vom Hersteller. Bei diesen teureren Papier werden manchmal mehrere Farbfelder gleichzeitgig verwendet, die unterschieliche Farbstoffe enthalten. Jedes dieser Felder ändert seine Farbe in anderer Weise und alle müssen mit den Skalen verglichen werden, wobei dann mehrere Farben gleichzeitg gleich sein müssen. Hierdurch wird die Ablesegenauigkeit wesentlich verbessert.

pH-Meter

PH-Meter sind elektronische Messgeräte bestehend aus einer Elektrode und einer digitalen Anzeige. Die Elektrode wird in die messende Lösung gehalten und auf der Anzeige ist der pH-Wert der Lösung ablesbar, theoretisch. Auf den großen Internetmarktplätzen gibt es pH-Meter ab etwa 10 €, die genau das scheinbar versprechen. Tatsächlich ist die elektronische pH-Messung nicht so einfach, wie diese Geräte suggerieren und die Genauigkeit dieser preiswerten Geräte ist wohl eher gering, auch wenn sie teilweise zwei Nachkommastellen anzeigen.

Im Prinzip funktioniert die Messung wie folgt: Die Protonen (H⁺) aus der Lösung difundieren in die Glasmembran am unteren Ende der Elektrode wodurch sich dort das elektrochemische Potenzial ändert. Das Messgerät misst die Spannung zwischen dieser Elektrode und einem Referenzpotenzial ebenfalls in der Elektrode und rechnet die gemessene Spannung in einen pH-Wert um.