Protonkoncentration

Protonkonzentration bezeichnet die Konzentration der Wasserstoffionen (H+) in einer Lösung. Sie wird üblicherweise in Mol pro Liter angegeben und mit [H+] bezeichnet. Die pH-Skala beschreibt diese Größe logarithmisch: pH = -log10([H+]). Bei 25 °C gilt neutraler Zustand etwa bei [H+] ≈ 1,0 × 10^-7 mol/L, entsprechend pH ≈ 7. Die Temperatur beeinflusst sowohl die Hydroniumionenkonzentration als auch die Aktivität, mit der Werte in der Praxis angegeben werden.

In der Chemie bestimmt die Protonkonzentration das Gleichgewicht von Säuren und Basen, Reaktionsgeschwindigkeiten und die Löslichkeit vieler Stoffe. Starke Säuren liefern nahezu vollständig H+, wodurch [H+] nahe ihrer Gesamtkonzentration liegt; in Puffersystemen verschiebt sich das Gleichgewicht, wodurch der Protonenfluss begrenzt bleibt und der pH stabilisiert wird.

Biologisch spielt der Protonengradient über Membranen eine zentrale Rolle. Unterschiede in der Protonkonzentration zwischen Membrankompartimenten treiben Protonen durch Transporter an, was energetische Prozesse wie die ATP-Synthese ermöglicht.

Messmethoden umfassen pH-Meleitung mit Glaselektroden, den Einsatz von Ionenselektroden und kalibrierte Messungen bei konstanter Temperatur. In komplexen Systemen wird häufig die Aktivität statt der reinen Konzentration verwendet, da sie von Wechselwirkungen mit dem Lösungsmittel abhängt.

Hinweise zur Anwendung: In nicht-wässrigen Lösungsmitteln oder in biologischen Systemen unterscheiden sich Konzentration und Aktivität oft deutlich; die Konzepte müssen entsprechend getrennt betrachtet werden.