Sauer oder basisch: Der pH-Wert und seine Bedeutung

Der pH-Wert ist ein Maß dafür, ob eine wässrige Lösung sauer, neutral oder alkalisch (basisch) ist. Er spielt eine entscheidende Rolle in vielen Bereichen unseres Lebens, von der Lebensmittelproduktion bis hin zur Wasserqualität und unserer Gesundheit.

pH-Wert-Skala (Quelle: Wikipedia)

Was ist der pH-Wert?

Der pH-Wert beruht auf dem Verhältnis von Wasserstoffionen (H+) zu Hydroxidionen (OH-) in einer Flüssigkeit. In wissenschaftlichen Kreisen wird der pH-Wert als der negative dekadische Logarithmus der Aktivität der Wasserstoffionen definiert. Die Abkürzung „pH“ leitet sich vom Lateinischen ab und steht ausgeschrieben für „potentia hydrogenii“ (lat. Kraft des Wasserstoffs).

Innerhalb der pH-Wert-Skala werden drei verschiedene Bereiche unterschieden:

• Sauer: Flüssigkeiten mit einem pH-Wert von 0 bis 6,9
• Neutral: Ein pH-Wert von 7
• Basisch (oder alkalisch): pH-Werte von 7,1 bis 14

Je mehr Wasserstoffionen und je weniger Hydroxidionen in einer Lösung vorhanden sind, desto niedriger ist der pH-Wert und desto saurer ist die Lösung. Bei pH-Werten unter 7 bezeichnet man diese Substanzen als Säuren. Je weniger Wasserstoffionen und je mehr Hydroxidionen eine Lösung enthält, desto höher ist der pH-Wert und desto basischer oder alkalischer ist sie. Die Begriffe „basisch“ und „alkalisch“ bedeuten dasselbe und können synonym verwendet werden. Lösungen mit einem pH-Wert über 7 werden ebenfalls als Basen oder Laugen bezeichnet.

Manchmal wird der pH-Wert mit der Wasserhärte (dH) verwechselt, handelt es sich dabei jedoch um unterschiedliche Werte. Der pH-Wert erfasst den Säure- oder Basengehalt einer Lösung, während der Härtegrad (dH) den Gehalt an gelösten Mineralien wie Calcium und Magnesium im Wasser beschreibt.

Wie wird der pH-Wert gemessen?

Der pH-Wert einer Flüssigkeit wird oft mithilfe einer Farbskala angezeigt. Das trifft beispielsweise auf Teststreifen mit einem Indikatorfarbstoff zu: Der pH-Indikator verändert seine Farbe in orange-rot bei sauren Lösungen und in grün-blau bei basischen Lösungen.

Es gibt verschiedene Methoden, um den pH-Wert deines Wassers zu bestimmen. Potentiometrische Verfahren nutzen pH-sensible Elektroden, um die elektrische Spannung zu erfassen. Diese Methode zeichnet sich durch hohe Genauigkeit aus und findet häufig Anwendung in Laboren sowie in der Industrie. Alternativ existieren optische Methoden, die auf Farbänderungen beruhen und leichter anzuwenden sind.

Für den Heimgebrauch ist der sogenannte Lackmustest geeignet: eine visuelle Methode zur Bestimmung des pH-Werts im Wasser mithilfe von Farbindikatoren. Lackmus ist ein Farbstoff, der aus einer bestimmten Art von Flechten gewonnen wird. In der Chemie wird er als „Indikator“ oder „Indikatorfarbstoff“ für Säuren und Basen verwendet.

So funktioniert der Lackmustest:

1. Du benötigst ein pH-Testset, das einen kleinen Teststreifen und eine Vergleichstabelle enthält.
2. Tauche diesen Teststreifen einfach in das Wasser.
3. Nimm den Teststreifen wieder aus dem Wasser und beobachte, wie er sich verfärbt.
4. Bei einem sauren pH-Wert wird der Teststreifen rötlich, bei basischen pH-Werten nimmt er eine bläuliche Farbe an und im neutralen Bereich erscheint er violett.
5. Vergleiche die Farbe des Teststreifens mithilfe der Vergleichstabelle einem pH-Wert zuweisen.

Bitte lies in der Bedienungsanleitung deines Testkits nach, wie du den Test genau durchführen solltest. Natürlich ist eine pH-Wertmessung mit Indikatorfarbstoffen weniger genau als professionelle Labormessungen mit Elektroden. Dennoch kannst du damit ganz leicht selbst den pH-Wert von Flüssigkeiten ermitteln.

Ein weiterer wichtiger Hinweis: Die Wassertemperatur hat Einfluss auf die Messung! Wenn du eine Probe von Wasser mit 25 Grad nimmst, kann der pH-Wert davon abweichen im Vergleich zu einer Messung des gleichen Wassers bei 50 Grad. In der Regel sinkt der pH-Wert von basischen Lösungen mit steigender Temperatur. Die Temperatur hat jedoch einen geringeren Einfluss auf den pH-Wert von sauren Lösungen.

Der pH-Wert in verschiedenen Bereichen

Säuren und Basen sind täglich Teil deines Lebens. Manchmal unbemerkt im Hintergrund, manchmal ganz offensichtlich.

Im menschlichen Körper

Für den menschlichen Körper ist der pH-Wert ein essenzieller Faktor. Der pH-Wert des Blutes liegt im basischen Bereich zwischen 7,38 und 7,42. Innerhalb dieses Spektrums funktionieren das Gewebe und die meisten Zellen am besten. Wenn der pH-Wert außerhalb dieses Normbereichs liegt, kann dies gesundheitliche Probleme verursachen.

Ein pH-Wert im Blut unter 7,38 wird in der Medizin als Azidose bezeichnet. Zu den Symptomen können chronische Müdigkeit oder Trägheit gehören. Auch Gelenkschmerzen, Muskelverspannungen und Kopfschmerzen können auftreten. Ein erhöhter pH-Wert von über 7,42 kann ebenfalls gesundheitliche Probleme wie Schwindel und Muskelkrämpfe verursachen. Dies wird medizinisch als Alkalose bezeichnet.

Im Gegensatz dazu hat die menschliche Haut einen leicht sauren pH-Wert von 5,5, um sich vor Krankheitserregern zu schützen. Die sogenannten pH-neutralen Seifen sind leicht sauer und tragen so zur Bewahrung des sauren pH-Werts der menschlichen Haut bei.

Ein Organ unseres Körpers, das ein besonders saure Umgebung benötigt, ist der Magen. Die Magensäure hat einen pH-Wert von 1,2 bis 3, was für die Verdauung von Nahrungsmitteln entscheidend ist.

Gut zu wissen: Lebensmittel, die sauer schmecken, haben nicht zwangsläufig einen sauren pH-Wert. Zum Beispiel werden Zitronen basisch verstoffwechselt, während Milchprodukte als sauer gelten.

In der Landwirtschaft und Lebensmittelproduktion

Der pH-Wert des Bodens beeinflusst wesentlich das Wachstum und die Nährstoffaufnahme von Pflanzen. Die meisten Pflanzen und Organismen im Boden gedeihen am besten bei einem ausgewogenen Verhältnis von Säure und Base, was pH-Werte von etwa 6,5 bis 7,5 entspricht.

Der pH-Wert ist entscheidend für die Lebensmittelproduktion und wirkt sich sowohl auf den Geschmack als auch auf die Haltbarkeit aus. Milch hat zum Beispiel einen pH-Wert zwischen 6,6 und 6,8. Sobald der pH-Wert auf 4,7 absinkt, beginnt der Gerinnungsprozess. In der Käseherstellung beeinflusst der pH-Wert die Textur, den Geschmack und die Farbe des Käses. Brotteig benötigt beispielsweise einen niedrigen pH-Wert, da nur so CO2 entstehen kann und der Teig gut aufgeht.

Im Wasser

Auch im Wasser beeinflusst der pH-Wert viele chemische und biologische Vorgänge. Er verändert zum Beispiel den Geschmack des Wassers oder die desinfizierende Wirksamkeit von Chlor in Pools.

Reines Wasser weist einen neutralen pH-Wert von 7 auf. Im Alltag treffen wir jedoch normalerweise auf Wasser, das den Elementen ausgesetzt war oder verschiedene Prozesse durchlaufen hat. Das Rohwasser der Perlbachtalsperre weist einen leicht sauren pH-Wert von 6,5 auf. Nach der Aufbereitung im Wasserwerk beträgt der pH-Wert des Wassers 8,5 und ist somit basisch.

Die pH-Werte der unterschiedlichen Wasserarten variieren teilweise erheblich. Destilliertes Wasser hat im Allgemeinen einen pH-Wert von etwa 7, der neutral ist. Der empfohlene pH-Wert für unbehandeltes Regenwasser liegt bei 5,6. Allerdings lässt sich keine allgemeingültige Aussage über den pH-Wert von Regenwasser treffen. Dieser variiert aufgrund von sogenannten Säurebildnern in der Atmosphäre je nach Region. Daher kann der pH-Wert von Regenwasser in unterschiedlichen Gebieten zwischen 5,5 und 5,8 liegen.

Durch die Luftverschmutzung gelangen vermehrt Stickoxide und Schwefeloxide in die Atmosphäre, was zu einer erheblichen Senkung des pH-Werts des Regenwassers führt. Bei Regenwasser, dessen pH-Wert unter 5,5 liegt, wird von „saurem Regen“ gesprochen. Sobald dieses saure Regenwasser auf den Boden fällt, beeinflusst es die natürlichen pH-Werte von Böden und Gewässern und schädigt damit die gesamte Biosphäre. In den 1970er Jahren führte saurer Regen zu einem massiven Waldsterben sowie zur Versäuerung von Gewässern und Böden.

Unbelastetes Grundwasser weist einen pH-Wert im Bereich von 6 bis 8,5 auf. Der pH-Wert von Grundwasser kann je nach Region unterschiedlich sein. In Deutschland legt die Trinkwasserverordnung einen pH-Wert für Trinkwasser zwischen 6,5 und 9,5 fest. In der Regel liegt dieser jedoch zwischen 7,0 und 8,5, abhängig von regionalen Faktoren. Das Leitungswasser in Köln und Berlin weist beispielsweise im Durchschnitt einen pH-Wert von 7,4 auf und ist somit nahezu neutral. In München liegt der durchschnittliche pH-Wert des Leitungswassers bei 7,6, was leicht basisch ist.

Fische reagieren äußerst empfindlich auf den pH-Wert des Wassers. Einige Wasserpflanzen und Fischarten können nur in einem sauren Umfeld mit pH-Werten um 6 überleben, während andere neutrales (pH 7) oder alkalisches Wasser (pH 8) benötigen.

Der ideale pH-Wert für Schwimmbäder liegt zwischen 7 und 7,4. Sowohl zu niedrige als auch zu hohe pH-Werte im Pool können schädlich sein. Daher ist es ratsam, den pH-Wert im Pool regelmäßig zu überprüfen und anzupassen.

Der durchschnittliche pH-Wert von Meereswasser beträgt 8,1 bis 8,2 und ist daher alkalisch. Achtung: Meere sind in der Lage, große Mengen Kohlendioxid zu speichern, was dazu führt, dass der pH-Wert der Ozeane zunehmend abnimmt! In den letzten 200 Jahren haben die Ozeane mehr als ein Viertel des gesamten von Menschen verursachten atmosphärischen Kohlendioxids gespeichert. Ohne diesen Ozeanspeicher wäre die globale Erwärmung zu diesem Zeitpunkt wahrscheinlich noch weiter fortgeschritten.

pH-Wert Tabelle verschiedener Substanzen

Experiment: Elefantenzahnpasta

Ein lustiges und lehrreiches Experiment, das die Reaktion von Hefe mit Wasserstoffperoxid demonstriert. Es zeigt, wie Hefe sich vor Oxidationsmitteln schützt.

Elefantenzahnpasta (Quelle: scienceblogs.de)

Du brauchst:

• Trockenhefe
• Warmes Wasser
• Wasserstoffperoxid (3% oder 6%)
• Lebensmittelfarbe
• Spülmittel
• Ein Gefäß mit schmaler Öffnung
• Ein Backblech

So geht's:

1. Rührt die Trockenhefe in das warme Wasser ein, bis es keine Klumpen mehr gibt.
2. Füllt Wasserstoffperoxid in das schmale Gefäss und mischt Lebensmittelfarbe und einen Schuss Spülmittel hinein.
3. Stellt das Gefäss in das Backblech.
4. Giesst das Hefewasser schnell in das Gefäss und tretet zurück!

Erklärung:

Wasserstoffperoxid (H2O2) ist eine recht instabile Verbindung, die sich in Wasser und Sauerstoff zersetzt. Hefe enthält das Enzym Katalase, das diese Reaktion beschleunigt. Dabei entsteht Sauerstoffgas, das durch das Spülmittel in Seifenbläschen eingeschlossen wird. So entsteht der Schaum, der an Zahnpasta für Elefanten erinnert.

Wichtig: Die Schutzenzyme des Körpers sind genau darauf ausgelegt, solche Oxidationsmittel zu entfernen, die bei Fehlern in zelleigenen Prozessen entstehen. Andere Oxidations- und Bleichmittel, insbesondere unter dem Kürzel „MMS“ als „Wunderheilmittel“ vertriebene gefährliche Chlorverbindungen gehören da nicht zu!

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