Wasserstoffionenkonzentration

Wasserstoffionenkonzentration bezeichnet die molare Konzentration der freien Wasserstoffionen (H+) in einer wässrigen Lösung. In der Chemie wird sie oft als [H+] notiert. Durch die Autoprotolyse des Wassers gilt bei 25 °C Kw = [H+][OH−] = 1,0 × 10−14. Der pH-Wert einer Lösung ergibt sich aus pH = −log10[H+]. Da Kw temperaturabhängig ist, verschiebt sich auch der neutrale pH-Wert mit der Temperatur.

Säuren und Basen beeinflussen die Wasserstoffionenkonzentration direkt: Säuren liefern H+-Ionen, Basen binden sie oder erzeugen OH−. Starke Säuren geben nahezu alle Protonen frei, schwache Säuren nur teilweise. In Puffersystemen lässt sich der pH-Wert näherungsweise mit der Henderson-Hasselbalch-Gleichung bestimmen: pH = pKa + log([A−]/[HA]).

Messung und Messunsicherheit: Die pH-Wert-Messung erfolgt überwiegend über eine Glaselektroden-Messung. In der Praxis spielen Aktivität statt reinem Konzentrationsbegriff eine Rolle, insbesondere bei hoher Ionenstärke oder niedrigen Lösungen. Temperatur, Salzgehalt und Interferenzen beeinflussen Messung und Gleichgewicht.

Anwendungen und Relevanz: Die Wasserstoffionenkonzentration ist zentral in Chemie, Biologie, Umwelt- und Medizinwissenschaften. Im Blut liegt der normale pH-Bereich etwa zwischen 7,35 und 7,45; in Gewässern beeinflusst der pH-Wert Biogeochemie, Erosionsprozesse und Lebensgemeinschaften. Die Kontrolle des pH-Werts ist in Industrie, Landwirtschaft und Gesundheitswesen von zentraler Bedeutung.