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Der pH-Wert ist ein Maß für die Konzentration von Oxonium-Ionen in einer Lösung und basiert auf dem Brönsted-Konzept von Protonendonatoren und -akzeptoren.
Das Fundament der modernen Säure-Base-Chemie ist das Konzept nach Brönsted. Eine Brönsted-Säure wird als Protonendonator definiert, also ein Teilchen, das ein Wasserstoff-Ion (H⁺) abgeben kann. Im Gegensatz dazu ist eine Brönsted-Base ein Protonenakzeptor, der dieses H⁺ aufnimmt. Man kann sich das wie ein Ballspiel vorstellen: Die Säure wirft den 'Protonen-Ball', und die Base fängt ihn.
Der pH-Wert (potentia Hydrogenii) ist definiert als der negative dekadische Logarithmus der Konzentration an Oxonium-Ionen (H₃O⁺). Mathematisch ausgedrückt: pH = -log₁₀[H₃O⁺]. Da es sich um eine logarithmische Skala handelt, bedeutet eine Änderung des pH-Werts um eine Einheit (z. B. von 5 auf 4) eine Verzehnfachung der Ionenkonzentration.
Eng verknüpft mit dem pH-Wert ist der pOH⁻Wert, der die Konzentration der Hydroxid-Ionen (OH⁻) beschreibt. Aufgrund der Autoprotolyse des Wassers gilt bei Standardbedingungen (25 °C) immer die Beziehung: pH + pOH = 14. Ist der pH-Wert bekannt, lässt sich der pOH⁻Wert also durch einfache Subtraktion ermitteln.
Stoffe, die je nach Reaktionspartner sowohl als Säure als auch als Base fungieren können, nennt man Ampholyte. Das wichtigste Beispiel ist Wasser (H₂O): Gegenüber einer starken Säure reagiert es als Base (nimmt ein Proton auf zu H₃O⁺), gegenüber einer starken Base reagiert es als Säure (gibt ein Proton ab zu OH⁻).
In der medizinischen Praxis ist der pH-Wert von entscheidender Bedeutung, insbesondere im Blut. Der physiologische Blut-pH-Wert liegt eng reguliert zwischen 7,35 und 7,45. Abweichungen nach unten nennt man Azidose (Übersäuerung), Abweichungen nach oben Alkalose. Da die Skala logarithmisch ist, können bereits kleine numerische Änderungen lebensbedrohliche Zustände widerspiegeln.
Fallbeispiel zur Berechnung: Wenn eine Lösung eine Oxonium-Ionen-Konzentration von 0,001 mol/L (10⁻³ mol/L) hat, beträgt der pH-Wert 3. Möchte man nun den pOH⁻Wert dieser Lösung wissen, rechnet man 14 - 3 = 11. Die Konzentration der Hydroxid-Ionen wäre dementsprechend 10⁻¹¹ mol/L.
