Protonkonzentration

Die Protonkonzentration bezeichnet die Konzentration der im Medium gelösten Protonen. In wässrigen Lösungen ist sie die Konzentration der Wasserstoffionen [H+]. Gemessen wird sie üblicherweise in Mol pro Liter (M).

Der pH-Wert ist ein Maß für die Protonkonzentration und definiert als pH = -log10([H+]). In reinem Wasser bei 25°C gilt Kw = [H+][OH-] = 1,0×10^-14, so dass bei neutralem Wasser [H+] = [OH-] = 1,0×10^-7 M und pH ≈ 7. Der Zusammenhang ist temperaturabhängig; mit steigender Temperatur verschiebt sich Kw.

In der Praxis wird oft die Aktivität der Protonen statt deren Konzentration verwendet, weil Ionenstärke und Wechselwirkungen die messbare Konzentration beeinflussen. Die Aktivität a_H+ = γ_H+ [H+] hängt vom Ionengehalt ab. Damit kann man den pH-Wert nur annähernd über die Aktivität definieren.

Messmethoden: Die pH-Messung erfolgt typischerweise mit einer Glaselektrode, die die Wasserstoffaktivität erfasst. Alternativ werden Titrationen mit starken Säuren oder Basen durchgeführt; in komplexen Medien kann auch Spektroskopie oder Elektrochemie eingesetzt werden. Die Bestimmung der Protonkonzentration ist zentral für Reaktionskinetik, Puffersysteme und biologische Prozesse.

Beispiele: Starke Säuren wie 0,1 M HCl führen zu [H+] ≈ 0,1 M (pH ≈ 1). In biologischen Systemen erzeugt ein Protonengradient über Membranen einen Protonenmotor, der unter anderem die ATP-Synthese antreibt. Die Protonkonzentration ist damit sowohl chemisch als auch biochemisch fundamental.