In der Praxis muss häufig festgestellt werden, ob eine Lösung sauer oder basisch (= alkalisch) ist. Der »pH-Wert« gibt an, wie sauer oder alkalisch eine solche Flüssigkeit ist. Die Skala der pH-Werte reicht von 0 bis 14. Je kleiner der Wert, umso saurer ist die Flüssigkeit und je größer, desto alkalischer. Der Wert pH = 7 gilt für das neutral reagierende, reine Wasser (ohne jeden Zusatz, also destilliertes Wasser). Den pH-Wert einer Lösung stellt man mit Indikatorpapieren oder Indikatorlösungen sowie mit elektrischen Geräten fest. Eine Säure mit dem pH-Wert von 2 ist zehnmal so stark als eine Säure mit dem pH-Wert von 3. Daraus erkennt man, dass die Skalierung einer logarithmischen Funktion folgt. Die Skala ist also so abgestuft, dass pro ganzem Zahlenwert der pH-Wert um den Faktor 10 zu- bzw. abnimmt.
Der pH-Wert ist genau genommen eine Maßzahl, die angibt, wie hoch die Konzentration an H3O+-Ionen [H3O+] in einer wässrigen Lösung ist. Sie wird durch den negativ dekadischen Logarithmus der H3O+-Ionen-Konzentration ausgedrückt (der pH-Wert ist eine Messzahl für den Gehalt von Wasserstoff-Ionen (H+) und Hydroxid-Ionen (OH)- in Flüssigkeiten):
pH = - log [H3O+]
• niedriger pH-Wert:
hoher Gehalt an H+ (viele Protonen),
niedriger Gehalt an (OH)- (wenig Hydroxid-Ionen),
• hoher pH-Wert:
niedriger Gehalt an H+ (wenig Protonen),
hoher Gehalt an (OH)- (viele Hydroxid-Ionen).
Schwefelsäure hat einen pH-Wert von 1, Magensäure einen pH-Wert von 2 und Kohlensäure einen pH-Wert von 4. Der pH-Wert von gelöschtem Kalk beträgt 12, der von Natronlauge 13. Weitere ungefähre pH-Werte bekannter Stoffe sind:
• Zitronensaft pH = 2
• Essig pH = 2,9
• Coca Cola pH = 3
• Wein pH = 4
• saure Milch pH = 4,5
• Kaffee und Kaffe jeweils pH = 5
• Hautoberfläche pH = 5,5
• Mineralwasser pH = 6
• Blut pH = 7,4 (schwach basisch),
• Meerwasser pH = 8,0
• sauberes Seewasser und auch Darmwasser pH = 8,3
• Waschmittellösung pH = 10
• Haushaltsammoniak pH = 11,5
• Ätznatron (Natriumhydroxid) pH = 13,5.
Die Abkürzung »pH« steht für »pondus hydrogenii« oder »potentia hydrogenii«, was übersetzt soviel heißt wie »Gewicht« oder »Macht des Wasserstoffs« (lateinisch »pondus« = »Gewicht«; »potentia« = »Kraft«; »hydrogenium« = »Wasserstoff«).
Der Grund für die Aggressivität, mit der starke Säuren andere Materialien angreifen, ist, dass sie sehr viele Protonen, oder, was das Gleiche ist, elektrisch positive Wasserstoff-Ionen enthalten. Diese sind hochreaktiv und können darum fast alle anderen Stoffe und Chemikalien anätzen oder sogar vollständig auflösen. Starke Basen oder Laugen wiederum enthalten besonders wenig Protonen, dafür aber sehr viele elektrisch negative Hydroxid-Ionen, die ebenso gern mit anderen Substanzen reagieren.
Gasförmige Salzsäure (HCl) beispielsweise zerfällt in Wasser in positiv geladene Protonen (H+) und negative Chlor-Ionen (Cl-), dadurch steigt im Wasser die H+-Konzentration. Löst man dagegen Natronlauge (NaOH) in Wasser, zerfällt sie zu positiven Natrium-Ionen (Na+) und negativen Hydroxid-Ionen (OH-), d.h., die Konzentration der Hydroxid-Ionen wird größer. Beim Umgang mit starken Säuren und Basen ist wegen der Verletzungsgefahr große Vorsicht geboten, es sind daher mindestens Schutzhandschuhe und Schutzbrillen zu tragen.
Niederschlag, der einen pH-Wert von weniger als 5,4 aufweist, bezeichnet man als »sauren Regen«. Natürlicher Regen ist bereits schwach sauer, da der Kohlendioxidgehalt der Luft zu einem geringen Anteil an Kohlensäure in Regentropfen führt. Industrielle Abgase wie Stick- und Schwefeloxide dagegen bilden in Regentropfen stärkere Säuren wie Salpeter- und Schwefelsäure. Diese können den pH-Wert des Niederschlags auf Werte unter 5 drücken, in Deutschland wurden »Spitzenwerte« von 3 gemessen. Das wirkt sich sowohl auf die Umwelt als auch auf viele Gebäude, Denkmäler und ähnliches aus: Böden und Seen »versauern« im wahrsten Sinne des Wortes. Dies hat fatale Folgen für die dort lebenden Organismen sowie die Pflanzen, die von dort ihr Wasser beziehen - bekannt unter dem Schlagwort »Waldsterben«, das als Lehnwort aus der deutschen Sprache weltweit Karriere gemacht hat. Und auch Bauwerke aus Kalkstein, Marmor oder Beton werden von saurem Regen angegriffen und korrodieren.
Kalk ist chemisch gesehen eine Verbindung aus elektrisch positiven Calcium-Ionen und negativen Carbonat-Ionen. Wenn diese mit dem sauren Bodenwasser von geschädigten Wäldern reagieren, fangen die Carbonat-Ionen überzählige Protonen und erhöhen auf diese Weise den pH-Wert. Allerdings ist dies kein Allheilmittel, da die Aufnahmefähigkeit dieses so genannten Kalkpuffers begrenzt ist.
Und noch eine schöne Geschichte zum Thema pH-Wert und dem Laugenbrezel:
Anders, als der Name vielleicht suggeriert, befindet sich im Laugenbrezel keine Lauge. »Lauge« ist zunächst einfach lediglich der Alltagsbegriff für »Base«. Ihren Namen haben Laugenbrezeln, Laugenbrötchen und anderes Laugengebäck daher, dass sie vor dem Backen wenige Sekunden lang in kalte Natronlauge getaucht werden. Dabei handelt es sich um eine 3 bis 5%ige Lösung von Ätznatron (Natriumhydroxid) in Wasser, die einen stark basischen pH-Wert von 13 - 14 aufweist und mit der entsprechend vorsichtig umgegangen werden sollte. Diese Lösung trägt als Lebensmittelzusatzstoff die Nummer E524. Beim Backen verbindet sich das an der Oberfläche der Teigbrezel angelagerte Natriumhydroxid mit Kohlendioxid aus der Luft zu Natriumcarbonat (Soda), wobei Wasserdampf frei wird. Dadurch erhält das Gebäck seine typische dunkelbraune Farbe und den leicht seifigen Geschmack. Alternativ zu kalter Natronlauge kann auch kochende Natronlösung (100 g Natriumhydrogencarbonat auf 1 Liter Wasser) benutzt werden, seltener nimmt man auch kochende Sodalösung, also in Wasser gelöstes Natriumcarbonat.
siehe auch:
- Beton
- Betondeckung
- Bewehrung
- Betonstahl
- CO2
- Edelstahl
- Elektrolyt
- Karbonatisierung
- Kathodischer Korrosionsschutz
- Kochsalz
- Kontaktkorrosion
- Korrosion
- Passivschichten
- Patina
- Phenolphthalein
- Regenwasser
- Rost
- Schwefeldioxid
- Spannungsreihe
