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Chemie · Säure-Base-Reaktionen
Der pH-Wert misst die Oxonium-Konzentration logarithmisch. Du rechnest pH und pOH für starke und schwache Säuren und Basen, Verdünnung, Blut-pH, Puffer mit Henderson-Hasselbalch und Indikatoren.
pH = −log c(H₃O⁺). Jede pH-Stufe ist ein Faktor 10 in der Konzentration. Bei 25 °C gilt pH + pOH = 14, und pH 7 ist neutral.
Der pH-Wert ist definiert als der negative dekadische Logarithmus der Oxonium-Ionen-Konzentration (c in mol/L). Der pOH-Wert gilt genauso für die Hydroxid-Ionen.
Interaktive Darstellung
Deine AufgabeVerschiebe die Zehnerpotenz um eins und lies pH und pOH ab. Um welchen Faktor ändert sich c(H₃O⁺) pro pH-Einheit, und welche Konzentration gehört zu Magensaft bzw. Blut?
pH = −log c(H₃O⁺)pOH = −log c(OH⁻)
Bei 25 °C ist pH < 7 sauer, pH = 7 neutral und pH > 7 basisch. Die Skala von 0 bis 14 ist nur ein Ausschnitt: 2 mol/L HCl hat pH −0,3.
Pro pH-Stufe ändert sich c(H₃O⁺) um den Faktor 10. Fällt der pH von 6 auf 3, steigt c(H₃O⁺) auf das 1000-Fache.
Aus dem Ionenprodukt des Wassers (10⁻¹⁴) folgt bei 25 °C eine feste Summe. → Ausführlich in: Autoprotolyse des Wassers
pH + pOH = 14nur bei 25 °C; pOH = 14 − pH
Aus c(H₃O⁺) = 10⁻⁵ mol/L folgt pH 5, pOH 9 und c(OH⁻) = 10⁻⁹ mol/L. Rückwärts: pH 3,5 heißt c(H₃O⁺) = 10−3,5 ≈ 3,2·10⁻⁴ mol/L.
Entscheide zuerst: stark oder schwach, und wie viele H⁺ bzw. OH⁻ liefert ein Teilchen? → Ausführlich in: Säurestärke
| Fall | Rechenweg |
|---|---|
| starke Säure, n-protonig | c(H₃O⁺) = n·c, dann −log |
| starke Base | c(OH⁻) = n·c, pOH, pH = 14 − pOH |
| schwache Säure | pH = ½·(pKs − log c) |
| schwache Base | pOH = ½·(pKb − log c) |
Verdünnst du 1:10, ändert sich der pH um 1: eine starke Säure von pH 2 auf 3, eine starke Base von pH 12 auf 11.
Egal wie weit du verdünnst: Eine Säure bleibt unter pH 7, eine Base über 7. Der pH nähert sich 7 nur an.
Der Blut-pH liegt streng reguliert zwischen 7,35 und 7,45. Darunter spricht man von Azidose, darüber von Alkalose; eine Abweichung um etwa 0,5 Einheiten kann tödlich sein. Bei 37 °C liegt der Neutralpunkt bei pH 6,8, Blut ist also auch dort schwach basisch.
Beschriftbare Abbildung
Deine AufgabeOrdne Blut mit pH 7,4 in der Lupe ein. Vergleiche die Neutrallinien bei 25 °C und 37 °C: Warum liegt der Neutralpunkt bei Körpertemperatur tiefer, und ist Blut dort trotzdem basisch?
Tippe auf eine Beschriftung in der Abbildung, um ihre Erklärung zu lesen.
| Flüssigkeit | pH |
|---|---|
| Magensaft | 1 bis 1,5 |
| Haut | 5,5 |
| Galle (Blase) | ca. 6,5 |
| Speichel | 6,5 bis 7,4 |
| Pankreassaft | 8,3 |
Ein Puffer besteht aus einer schwachen Säure und ihrer korrespondierenden Base. Die Säure fängt zugegebenes OH⁻ ab, die Base zugegebenes H₃O⁺, der pH ändert sich kaum.
pH = pKs + log([Base] / [Säure])Henderson-Hasselbalch
Bei [Base] = [Säure] ist pH = pKs und die Pufferkapazität maximal; wirksam ist ein Puffer im Bereich pKs ± 1. Essigsäure/Acetat (pKs 4,75): Base : Säure = 10 : 1 ergibt pH = 4,75 + log 10 = 5,75, 1 : 10 ergibt 3,75.
Im Blut hält der Kohlensäure-Hydrogencarbonat-Puffer den pH bei 7,4. → Ausführlich in: Kohlenstoff, Oxide, Kohlensäure
Ein Indikator ist eine schwache Säure oder Base, deren Säure- und Basenform verschieden gefärbt sind. Er schlägt in einem engen pH-Bereich um. Der Universalindikator mischt mehrere Farbstoffe für einen weiten Bereich. → Ausführlich in: Salze
| Indikator | Umschlag bei pH | Farbe (sauer, basisch) |
|---|---|---|
| Methylorange | 3,1 bis 4,4 | rot, gelb |
| Lackmus | 5 bis 8 | rot, blau |
| Bromthymolblau | 6,0 bis 7,6 | gelb, blau |
| Phenolphthalein | 8,2 bis 10 | farblos, pink |
