pH-Rechner: Online Umwandlung der H+-Konzentration in pH-Wert

Was ist ein pH-Wert-Rechner?

Ein pH-Wert-Rechner wandelt die Wasserstoffionenkonzentration in einen pH-Wert um. Dazu verwendet er die Formel pH = -log10([H+]), wobei [H+] die Konzentration der Wasserstoffionen in einer Lösung, gemessen in Mol pro Liter (mol/L), ist. Das Ergebnis ordnet die Lösung auf der pH-Skala ein, die normalerweise von 0 bis 14 reicht und zeigt, ob die Lösung sauer, neutral oder basisch ist.

Was ist der pH-Wert?

pH steht für „Potenz des Wasserstoffs“. Der pH-Wert gibt an, wie viele Wasserstoffionen in einer Flüssigkeit gelöst sind. Ein Wasserstoffion ist ein einzelnes Proton und wird als H+ geschrieben. Eine Lösung mit vielen Wasserstoffionen ist sauer. Eine Lösung mit wenigen Wasserstoffionen ist basisch, auch alkalisch genannt. Reines Wasser liegt in der Mitte, bei pH 7, und wird als neutral bezeichnet.

Die Wasserstoffionenkonzentration ist normalerweise eine sehr kleine Zahl, etwa 0,0001 mol/L oder 0,0000001 mol/L. Der dänische Chemiker Søren Sørensen führte die pH-Skala im Jahr 1909 ein, damit Chemiker diese kleinen Zahlen stattdessen als einfache, überschaubare Werte schreiben konnten.

pH-Formel

Die Formel für den pH-Wert lautet:

pH = -log₁₀[H+]

• pH ist das Ergebnis, normalerweise eine Zahl zwischen 0 und 14.
• [H+] ist die Wasserstoffionenkonzentration in Mol pro Liter (mol/L).
• log₁₀ ist der Logarithmus zur Basis 10.

Die IUPAC definiert den pH-Wert anhand der Aktivität der Wasserstoffionen und nicht anhand ihrer Konzentration. Die Aktivität ist die effektive Konzentration, nachdem sich die Ionen gegenseitig beeinflusst haben. In verdünnten Lösungen liegen die beiden Werte nahe beieinander; dieser Rechner verwendet die Konzentration.

Das Minuszeichen kehrt den Logarithmus um: Mehr Wasserstoffionen ergeben einen niedrigeren pH-Wert, weniger Wasserstoffionen einen höheren. Die Beziehung verläuft immer gegenläufig: Ein höheres [H+] bedeutet einen niedrigeren pH-Wert, und ein niedrigeres [H+] bedeutet einen höheren pH-Wert.

Da die Formel ein Logarithmus ist, entspricht jeder ganze Schritt auf der pH-Skala einer zehnfachen Änderung der Wasserstoffionenkonzentration. Eine Lösung mit pH 4 hat zehnmal mehr Wasserstoffionen als eine Lösung mit pH 5 und hundertmal mehr als eine Lösung mit pH 6.

So wird der pH-Wert aus der Wasserstoffionenkonzentration berechnet

1. Bestimmen Sie die Wasserstoffionenkonzentration in mol/L.
2. Berechnen Sie den Logarithmus zur Basis 10 dieser Zahl.
3. Multiplizieren Sie das Ergebnis mit -1.

Die Konzentration muss größer als 0 mol/L sein. Der Logarithmus von 0 ist nicht definiert. Daher fordert der Rechner eine positive Zahl an, statt ein Ergebnis auszugeben. Der Rechner wird mit [H+] = 1 × 10⁻⁷ mol/L geöffnet, dem Wert für reines Wasser bei 25 °C; daraus ergibt sich ein pH-Wert von 7,00.

Beispiel 1

Eine Lösung hat eine Wasserstoffionenkonzentration von 1 × 10⁻⁴ mol/L.

pH = -log₁₀(1 × 10⁻⁴) = -(-4) = 4,00

Die Lösung ist sauer, weil ihr pH-Wert unter 7 liegt.

Beispiel 2

Eine Lösung hat eine Wasserstoffionenkonzentration von 6,3 × 10⁻⁵ mol/L.

pH = -log₁₀(6,3 × 10⁻⁵) ≈ 4,20

Diese Lösung ist ebenfalls sauer. Sie ist etwas weniger sauer als die oben genannte Lösung mit pH 4,00, weil sie weniger Wasserstoffionen enthält.

Die pH-Skala: sauer, neutral und basisch

• pH unter 7: saure Lösung (mehr Wasserstoffionen)
• pH gleich 7: neutrale Lösung (reines Wasser bei 25 °C)
• pH über 7: basische oder alkalische Lösung (weniger Wasserstoffionen)

Die Skala wird normalerweise von 0 bis 14 dargestellt, obwohl sie keine festgelegte untere oder obere Grenze hat. Sehr konzentrierte Säuren können unter 0 liegen, und sehr konzentrierte Basen können über 14 steigen.

Eine höhere pH-Zahl bedeutet immer eine niedrigere Wasserstoffionenkonzentration, nicht eine höhere. Eine Lösung mit pH 4,05 enthält beispielsweise weniger Wasserstoffionen, etwa 8,9 × 10⁻⁵ mol/L, als eine Lösung mit pH 4,00, die 1,0 × 10⁻⁴ mol/L enthält. Das ist wichtig, wenn eine pH-Elektrode mit einer Referenzpufferlösung überprüft wird. Zeigt ein Messgerät pH 4,05 statt des erwarteten pH-Werts 4,00 der Pufferlösung an, registriert es etwas weniger Wasserstoffionen, als die Pufferlösung tatsächlich enthält, und die Elektrode muss möglicherweise neu kalibriert werden.

Häufig gestellte Fragen

Wie wird der pH-Wert aus der Wasserstoffionenkonzentration berechnet?

Berechnen Sie den Logarithmus zur Basis 10 der Wasserstoffionenkonzentration in mol/L und multiplizieren Sie ihn anschließend mit -1. Für [H+] = 1 × 10⁻⁵ mol/L gilt: pH = -log₁₀(10⁻⁵) = 5,00.

Was ist der Unterschied zwischen dem pH-Wert und der Wasserstoffionenkonzentration?

Sie beschreiben dieselbe Eigenschaft in zwei Formen. [H+] ist eine Konzentration in mol/L. Der pH-Wert ist ihr negativer Logarithmus zur Basis 10. Die pH-Skala wandelt sehr kleine Konzentrationswerte in einfache Zahlen um, ungefähr zwischen 0 und 14.

Bedeutet ein höherer pH-Wert mehr oder weniger Wasserstoffionen?

Weniger. Aufgrund des Minuszeichens in der Formel bewegen sich pH-Wert und Wasserstoffionenkonzentration in entgegengesetzte Richtungen. Ein höherer pH-Wert entspricht immer einem niedrigeren [H+], und ein niedrigerer pH-Wert immer einem höheren [H+].

Kann der pH-Wert negativ oder höher als 14 sein?

Ja, auch wenn das selten vorkommt. Sehr konzentrierte Säuren können einen pH-Wert unter 0 und sehr konzentrierte Basen einen pH-Wert über 14 haben. Die meisten Lösungen des Alltags liegen zwischen 0 und 14.

Welchen pH-Wert hat reines Wasser?

Reines Wasser hat bei 25 °C einen pH-Wert von 7,00 und eine Wasserstoffionenkonzentration von 1 × 10⁻⁷ mol/L. Dies wird als neutral definiert, also als Mitte zwischen sauer und basisch auf der Standardskala.

Beeinflusst die Temperatur die Berechnung des pH-Werts?

Die Formel pH = -log₁₀[H+] ändert sich nicht mit der Temperatur. Die Wasserstoffionenkonzentration von neutralem Wasser verändert sich jedoch mit der Temperatur. Daher weicht der pH-Wert, der als neutral gilt, bei Temperaturen außerhalb von 25 °C leicht von 7,00 ab.