Der ph-Wert

KSH-Chemie-Praktikum 7. Der pH-Wert
Einführung
Definitionen „Säure“ und „Base“
Der pH-Wert
Unter einer Säure versteht man ein Teilchen, welches in einer konkreten Reaktion mindestens ein Wasserstoff-Kation (=
Proton eines Wasserstoff-Atomes, H + ) abgibt. Ein anderer Name für Säure ist demnach Protonenspender. Zugleich
bezeichnet man die Substanz, deren Teilchen H + abgeben, als Säure. Säuren führen in Wasser zu sauren Lösungen.
Unter einer Base versteht man ein Teilchen, welches in einer konkreten Reaktion mindestens ein Wasserstoff-Kation (=
Proton eines Wasserstoff-Atomes, H + ) aufnimmt. Basen werden auch Protonenempfänger genannt. Zugleich bezeichnet
man die Substanz, deren Teilchen H + aufnehmen, als Base. Basen führen in Wasser zu basischen Lösungen.
Der pH-Wert
Säuren reagieren in Wasser zu Hydroxonium-Ionen (H 3O + ) und Säurerest-Anionen. So bildet sich
bei der Reaktion von Fluorwasserstoff (HF) in Wasser H 3O + und F – .
Säure-/Base-Reaktionen in wässriger Lösung sind Gleichgewichtsreaktionen. Fluorwasserstoff zum
Beispiel ist eine stärkere Säure als Blausäure (HCN). Fluorwasserstoff bildet demnach mehr H 3O +
als Blausäure. Da die Konzentration von H 3O + -Ionen viele biologische Prozesse beeinflusst, ist es
sehr bedeutsam, dass diese Konzentration sich in einem Organismus nicht beliebig einstellt, sondern
einen ganz bestimmten Wert hat. Die Konzentration von H 3O + -Ionen in wässriger Umgebung wird
in Form des pH-Wertes angegeben.
Der pH-Wert ist der negative Zehnerlogarithmus („log“ oder „lg“) der H 3O + -Konzentration.
pH = –log c(H 3O + ) c(H 3O + ) = 10 –pH
Der Zehnerlogarithmus ist eine bestimmte mathematische Operation. Dabei wird
nach dem Exponenten der betreffenden Zahl, ausgedrückt als Zehnerpotenz, gefragt.
So ist zum Beispiel der Zehnerlogarithmus von 10 5 = log 10 5 = 5. Der
Zehnerlogarithmus von 0.001 = log 0.001 = log 10 -3 = -3. Der Zehnerlogarithmus
der meisten Werte lässt sich nicht ohne weiteres aus dem Kopf berechnen. In diesen
Fällen verwenden wir den Taschenrechner. Der Zehnerlogarithmus von 2.58 x 10 -4 =
log (2.58 x 10 -4 ) = -3.58838.
Der pH-Wert einer wässrigen Lösung L 1 mit c(H 3O + ) = 10 -5 ist –log 10 -5 = 5. (Vorzeichenwechsel nicht
vergessen!)
Der pH-Wert einer wässrigen Lösung L 2 mit c(H 3O + ) = 10 -10 ist –log 10 -10 = 10.
L 2 weist einen höheren pH-Wert auf als L 1, enthält aber weniger H 3O + -Ionen.
Die pH-Skala
Der pH-Wert ist nur für einen bestimmten Bereich definiert. Es gibt keine pH-Werte tiefer als 0 und
höher als 14. Eine Lösung mit dem pH-Wert 7 ist neutral. Lösungen, für welche gilt: 7 < pH ≤ 14,
werden als basisch (oder alkalisch) bezeichnet. Lösungen, für die gilt 0 ≤ pH < 7, sind saure
Lösungen.
Andere als wässrige Lösungen weisen keinen pH-Wert auf - pH-Werte sind ausschliesslich für
wässrige Lösungen definiert.
Währenddem in sauren Lösungen Säuren überwiegen (H 3O + -Bildner), herrschen in basischen
Lösungen Basen vor (OH – -Bildner).
Diese Einführung zum pH-Wert wirft natürlicherweise Fragen auf, denn damit ist noch nicht alles zu
diesem Thema gesagt. Für eine erste Begegnung damit reichen diese Informationen aus, alles
Weitere werden wir im Theorieunterricht erarbeiten.
P. Good 1

KSH-Chemie-Praktikum 7. Der pH-Wert
Ziele
1. Kenntnis der Definition des pH-Wertes.
2. Kenntnis der unterschiedlichen Methoden zur pH-Messung.
3. Fähigkeit erlangen, pH-Werte verschiedener Alltagssubstanzen zu interpretieren und mit
Inhaltstoffen der Substanzen zu begründen.
Übung 1
Vervollständige die untenstehende Tabelle.
pH-Wert 3 7.2
c(H3O + ) in mol/l 10 –12
Lösung
(sauer, neutral, basisch)
Übung 2
3.7 x 10 –1
Stelle die Reaktion zwischen Ameisensäure HCOOH (enthält eine C-O-Doppelbindung) und Wasser
in der Lewis-Formel dar.
A. Elektrische Leitfähigkeit von sauren Lösungen
pH-Skala und pH-Werte einiger Lösungen
Es liegen drei saure Lösungen gleicher Konzentration bereit: Essigsäure, Milchsäure und Salzsäure
(je 0.1 mol/l). Von diesen drei Lösungen wird die elektrische Leitfähigkeit gemessen. Anschliessend
wird das Resultat gruppenweise ausgewertet.
1) Zuerst wird gemeinsam die Messapparatur so vorbereitet, dass anschliessend selbständig
gemessen werden kann. Gemessen wird mit einer Sonde, welche an den Taschenrechner
angeschlossen wird. Die Lehrkraft gibt diese Schritte mündlich bekannt.
2) Gib ein wenig Essigsäure in ein kleines Becherglas. Wiederhole diesen Schritt für die
Milchsäure und die Salzsäure.
3) Miss nun die elektrische Leitfähigkeit der drei Proben. Spüle vor jeder Messung die Sonde
mit demineralisiertem Wasser ab. Gemessen wird in Siemens (S).
4) Notiere die elektrische Leitfähigkeit der gemessenen Proben:
Essigsäure Milchsäure Salzsäure
S S S
P. Good 2

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5) Notiere die Reaktionsgleichung der Umsetzung der drei Säuren in Wasser:
Essigsäure (CH 3COOH):
Milchsäure:
Salzsäure (HCl):
6) Welche der Gleichgewichtslagen der obigen drei Reaktionen liegt am weitesten rechts? Bei
welcher Säure handelt es sich um die stärkste? Begründe Deine Antwort.
B. pH-Werte einiger Alltagssubstanzen
Es werden die pH-Werte verschiedener Lösungen aus dem Alltag gemessen. Daraus wird jeweils die
H 3O + -Konzentration ermittelt. Mit Hilfe der Etiketten auf den Proben, der Liste der Lebensmittel-
Zusatzstoffe und des Chemie-Lexikons werden Substanznamen derjenigen Inhaltstoffe bestimmt,
welche hauptsächlich den pH-Wert der Lösung beeinflussen. Achtung: in sauren Lösungen muss
nach Säuren, in basischen Lösungen nach Basen gesucht werden. Der pH-Wert wird auf zwei Arten
bestimmt. Erstens durch Messung mit einem pH-Papier. Diese Methode ist nicht allzu präzise, aber
sehr schnell und einfach durchzuführen. Zweitens wird ein pH-Meter benutzt.
a) Messung mit pH-Papier
1) Es werden der zu untersuchenden Probe mit einem Glasstab einige Tropfen entnommen und
damit ein kleines Stück pH-Papier benetzt. Der Wert wird auf der beiliegenden Farbskala
abgelesen und in die untenstehende Tabelle übertragen.
b) Messung mit dem pH-Meter
1) Die Messapparatur wird nach Anleitung der Lehrkraft zusammengesetzt. Anschliessend wird
mit zwei Lösungen, deren pH-Werte bekannt sind, der pH-Meter geeicht. Auch dieser Schritt
wird gemeinsam nach Anleitung des Lehrers durchgeführt.
2) Achtung 1: vor der ersten Messung und zwischen allen Messungen wird die Sonde jeweils
mit demineralisiertem Wasser abgespült.
3) Achtung 2: Die Schmierseife und das Duschgel müssen vor der Messung mit
Leitungswasser verdünnt werden. Gib dazu ein wenig davon in ein Becherglas und verdünne.
4) Es werden nun nacheinander die verschiedenen Proben auf ihren pH-Wert untersucht. Die
resultierenden Werte werden in die untenstehende Tabelle eingetragen und daraus die H 3O + -
Konzentration errechnet.
5) Trage in die Tabelle für jede Probe ein, ob es sich um eine saure, neutrale oder basische
Lösung handelt.
6) Suche auf der Etikette Inhaltstoffe, welche auf Säuren oder Basen (je nach Resultat der pH-
Messung) hindeuten. Schreibe in die Tabelle den Namen und mit Hilfe des Chemie-Lexikons
die Formel der entsprechenden Substanz.
P. Good 3
OH
O
Milchsäure
OH

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Entsorgung
A. Die Lösungen werden unter laufendem Wasserhahn in den Ausguss geschüttet.
B. Gebrauchtes pH-Papier wird in den normalen Feststoffabfall gegeben.
Alle Proben werden in den Ausguss geschüttet.
Auswertung
1) Vervollständige die untenstehende Tabelle aufgrund Deiner eigenen Messwerte.
Produkt pH-Wert
(pH-
Papier)
Coca-Cola
Fensterreiniger
Orangensaft
Schmierseife
Essig
Red Bull
Durgol
Waschmittel
Milch
Duschgel
Leitungswasser
Wein
pH-Wert
(pH-Meter)
2) Vervollständige die untenstehende Tabelle
c(H 3O + ) Art der Lösung
(sauer, neutral,
basisch)
pH-Wert 8.64 13.3
c(H3O + ) in mol/l 7.79 x 10 –2
Lösung
(sauer, neutral, basisch)
Säure(n) oder Base(n) Formel
1.13 x 10 –14
3) Reine Ameisensäure ist eine Flüssigkeit, welche den elektrischen Strom nicht leitet.
Fügt man reines Wasser hinzu, so leitet das Gemisch den elektrischen Strom. Erkläre
diese Beobachtung.
P. Good 4