Der pH-Wert (ausführlich)

Der pH-Wert eines Milieus (einer Lösung, eines Stoffes) ist ein Maß für seinen Säuregehalt. Das soll hier erläutert werden. Wir haben bereits gesehen, dass Säuren in wässrigen Lösungen Wasserstoffionen, H⁺, abdissoziieren. Die Azididät eines solchen Milieus ist um so höher, je höher seine Wasserstoffionenkonzentration ist. Wir werden gleich diese Höhe berechnen. Es sei bereits jetzt vorausgeschickt, dass der umgekehrte Wert dieser Wasserstoffionenkonzentration der pH-Wert des betreffenden Milieus heißt (pH = potentia hydrogenii) ("Wasserstoffstärke"). Der pH-Wert kann maximal 14 sein. Ein Wert von unter 7 wird als sauer und über 7 als basisch oder alkalisch bezeichnet. 7 gilt als neutral. Das ist der pH-Wert des reinen (= nicht durch Fremdstoffe verunreinigten) Wassers. Die folgenden Klassifizierungen sind üblich. Lösungen mit einem pH-Wert von:

Die heutzutage in Apotheken erhältlichen Indikatorpapiere (= Teststreifen) sind gut auf die pH-Werte geeicht. Den Grad der Azidität und Basizität eines Milieus, zum Beispiel des Speichels, des Urins oder des Blutes, kann man an der Farbänderung des Indikatorpapiers bequem ablesen. Aber wo kommt die bereits genannte pH-Wert-Skala 0 bis 14 her? Das wollen wir jetzt ein bisschen verstehen. Dazu müssen wir wissen, dass man jede beliebige Zahl in Form einer 10-hoch-so-und-so-viel-Zahl ausdrücken kann. Hier sind einige Beispiele:

und allgemein:

In einer 10-hoch-x-Zahl der Form 10^x nennt man die Hochzahl x die Potenz. Bei den obengenannten Zahlen haben wir der Reihe nach die Potenzen 1, 2, 3, ..., x. Jede Zahl Z läßt sich in eine solche 10-hoch-x-Zahl umformen. So auch die Brüche. Für die Zahlen Ein Zehntel, Ein Hundertstel, Ein Tausendstel etwa, geschrieben als 1/10, 1/100 und 1/1000, haben wir:

Wenn eine Zahl Z, wie es oben skizziert wurde, in Form einer 10-hoch-y-Zahl geschrieben wird, 10y, so nennt man die Potenz y, die dabei herauskommt, den dekadischen Logarithmus der Zahl Z (Griechisch: deka = zehn) und schreibt dies kurz so: log(Z) = y. Beispielsweise haben wir für unsere obengenannten Zahlen der Reihe nach diese dekadischen Logarithmen:

und allgemein: log(10^x) = x. Somit haben wir:

Im letzten Beispiel kann man die Vorzeichen an beiden Seiten der Gleichung auch mit minus multiplizieren. So erhält man den negativen dekadischen Logarithmus der betreffenden Zahl. Wir haben zum Beispiel:

Da in einer wässrigen Lösung die Wasserstoffionenkonzentration von 0 bis 14 betragen kann, erhält man für jede solche Konzentration 10^-x einen negativen dekadischen Logarithmus x, und diesen nennt man den pH-Wert des betreffenden Milieus. Wie wir eingangs gesehen haben, kann er zwischen 0 und 14 liegen. Der pH-Wert eines wässrigen Milieus ist also der negative dekadische Logarithmus seiner Wasserstoffionenkonzentration. Der pH-Wert einer Lösung mit einer Wasserstoffionenkonzentration von 10^-3 beispielsweise beträgt 3. Die Lösung ist stark sauer. Das arterielle Blut hat einen konstanten pH-Wert zwischen 7.36 und 7.44 (also 7.4 mit einer Schwankungsbreite von nur ± 0.04). Somit ist es schwach basisch. Hingegen ist der pH-Wert des venösen Bluts wegen der sauren Stoffwechselprodukte (vor allem des Kohlendioxids), die es von der Peripherie abtransportiert, etwas niedriger, schwach "sauer", und schwankt geringfügig. Und hier sind die pH-Werte einiger anderer Milieus im Körper:

Aus dem oben Gesagten geht hervor, dass ein Absenken des pH-Werts um eine Einheit eine Verzehnfachung der Azidität bedeutet und, umgekehrt, ein Erhöhen des pH-Werts um eine Einheit eine Verzehnfachung der Basizität bedeutet. Zum Beispiel ist die Zwölffingerdarmflüssigkeit (dank des dorthin fließenden Bauchspeichels aus der Bauchspeicheldrüse) ein- bis zehnmillionenfach basischer als der Magensaft.