Der Fachausdruck lautet, dass der pH-Wert der negative Logarithmus der Wasserstoffionenkonzentration sei. Was bedeutet dieser Hokuspokus? Chemisch gesehen reines Wasser beinhaltet nicht nur Wassermoleküle; ein sehr, sehr kleiner, aber dennoch wichtiger Anteil jeder Gruppe von Wassermolekülen dissoziiert (zerfällt) in die einzelnen Ionen.

H₂O <-> H⁺ + OH^-

Hier steht das Wasser (H2O) im Gleichgewicht mit seinen beiden Ionen, Wasserstoff (H+) und Hydroxyl (OH-). Diese Ionen haben eine elektrische Ladung, die zwar recht gering, aber für ihre Größe sehr wichtig ist. In reinem Wasser beträgt die Konzentration dieser Ionen jeweils 10-7, Chemiker schreiben dies als [H+] = 10-7. Das bedeutet eins zu zehn Millionen. Die eckigen Klammern zeigen an, dass wir uns auf die Konzentration beziehen. Sollten Sie H3O+sehen, es ist lediglich so, dass sich ein Wasserstoffion an ein Wassermolekül gebunden hat. Das ist chemisch durchaus sinnvoll, spielt für unsere Berechnungen hier aber eigentlich keine Rolle.

Warum Logarithmen verwenden?

Der Logarithmus der Zahl 100, also 10 x 10, oder 10²ist einfach "2". Der Logarithmus von 1000 (10³) ist "3". Nehmen wir nun zehn hoch minus etwas. 10^-1 ist 1/10 oder 0,1; 10^-2= 0,01 und sein Logarithmus ist "-2". Nun ist der Logarithmus von [H+], 10^-7, ist „-7“, was viel einfacher zu schreiben ist, als jedes Mal alle Nullen einzugeben. Was nützt das? Multipliziert man die Konzentrationen dieser beiden reinen Wasserionen [H+] x [OH-] =10^-14 (Jeder ist 10^-7). In reinem Wasser beträgt die Wasserstoffionenkonzentration 10^-7, daher beträgt der pH-Wert, der das Negative des Logarithmus dieser Konzentration (-7) ist, +7 oder einfach 7. Wir können also sagen, dass der pH-Wert von reinem Wasser 7 beträgt! Wasser mit diesem pH-Wert nennen wir neutral In einer beliebigen wasserbasierten Lösung, ob See-, Fluss-, Meerwasser oder Limonade, das Produkt dieser beiden Konzentrationen ist stets 10^-14. Wassermoleküle dissoziieren oder reassoziieren, um diesen Wert zu erreichen.

pH-Wert anders als 7?

Wasser ist ein sehr gutes Lösungsmittel, viele Dinge lösen sich darin sehr leicht auf. Reines Wasser existiert jedoch nicht lange. Destilliertes Wasser nimmt sehr schnell Gase aus der Luft auf und löst seinen Behälter (auch aus Glas) sehr langsam auf, wenn es die Möglichkeit dazu hat. Daher bleibt es nicht lange rein. Chemikalien aus der Natur haben sich in Wasser aufgelöst und das Salzwasser in den Weltmeeren gebildet. Flüsse, die ins Meer münden, lösen einen Teil des Gesteins auf, über das sie fließen, und können auch andere Substanzen aufnehmen, beispielsweise Huminsäuren aus Torf. Natürlich saures Wasser hat eine höhere Konzentration an Wasserstoffionen als reines Wasser. Wenn wir sagen, dass Wasser einen pH-Wert von 5 hat, sagen wir eigentlich [H+] =10^-5, (also [OH-] =10^-9). Für Meeresliebhaber ist es interessanter, dass alkalisches Wasser bedeutet, dass die Mineralien im Wasser mehr Hydroxylionen freigesetzt oder ein Ungleichgewicht geschaffen haben, das die Wasserstoffionen verringert haben. Wenn also pH = 8, dann [H+] =10^-8. Es sollte klar sein, dass eine Änderung des pH-Werts um nur „1“ tatsächlich eine zehnfache Änderung der Wasserstoffionenkonzentration ausdrückt! Eine Änderung von pH 7 auf pH 9 bedeutet eine hundertfache Änderung usw. Der pH-Wert ist ein Maß für den tatsächlichen Zustand des Wassers. Erhöhtes CO2 in der Nacht führt zu einer Senkung des pH-Werts, der nach etwa einer Stunde eingeschaltetem Licht wieder auf den Tageswert zurückkehrt. Um einen stabilen pH-Wert, wie im Meer, aufrechtzuerhalten, müssen wir den Effekt der Pufferung berücksichtigen. Dabei wird der pH-Wert mithilfe von Substanzen, die mögliche Veränderungen absorbieren, auf einem konstanten Wert stabilisiert. Doch zunächst müssen wir darüber nachdenken, pH-Messung Aquarianer messen den pH-Wert normalerweise auf eine von zwei Arten: elektrisch mit einer pH-Elektrode und einem Messgerät oder mit einem Farbtestkit. Einfach ausgedrückt mißt eine pH-Elektrode die Anzahl der Wasserstoffionen, die sich in der Flüssigkeit bewegen. Dieses sehr kleine Signal wird verstärkt und kann auf einem Messgerät abgelesen werden. Dieses System ist sehr genau und zuverlässig, muss jedoch regelmäßig mit einer (oder besser zwei, wenn Ihr Messgerät dies zulässt) Standardlösungen mit einem festen pH-Wert kalibriert werden. Das Verhalten einer pH-Elektrode ändert sich im Laufe ihrer Lebensdauer langsam aber stetig, bis sie schließlich nicht mehr kalibriert werden kann und ersetzt werden muss. Wenn eine pH-Elektrode kontinuierlich verwendet wird, sollte sie frei von Algen- und Bakterienwachstum gehalten werden, d. h. im Dunkeln aufbewahrt und wöchentlich abgewischt und neu kalibriert werden. Dies ist umso wichtiger, wenn sie als pH-Regler verwendet wird, wo ihr Ausgang zum Schalten von Geräten verwendet wird. Farbtests mit einem Indikator bestehen im Wesentlichen aus einer Mischung von Farbstoffen, die bei bestimmten pH-Werten ihre Zusammensetzung und damit ihre Farbe ändern, oft durch direkte Reaktion mit Wasserstoffionen oder durch den Verlust eines Wasserstoffions. Nicht alle Indikatoren ändern ihre Farbe bei einem pH-Wert von 7; manche benötigen weniger, manche mehr Anregung. Durch Mischen der Farbstoffe kann also ein gleichmäßiger Satz deutlicher Farbänderungen für einen bestimmten Bereich erzeugt werden. Andere pH-Bereiche, andere Farbstoffe!