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“Sauer” beschreibt in der Medizin nicht nur die Emotion, sondern auch ein Spektrum des pH-Werts. Diese Eigenschaft von wässrigen Lösungen ist in im menschlichen Körper häufig von Bedeutung, um ihn am Laufen zu halten. Auch im täglichen Umfeld bestimmt er chemische Eigenschaften und erfordert spezifische Maßnahmen. In diesem Artikel erfolgt eine Übersicht, was sich hinter dem pH-Wert versteckt und wie er damals erforscht wurde.
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pH-Wert – Definition
Als eine dimensionslose Größe ist der pH-Wert als der negative dekadische Logarhithmus (Zehnerlogarhitmus) von Protonen oder Hydronium-Ionen in einer wässrigen Lösung definiert. Er trägt dementsprechend keine Einheit, sondern nimmt Zahlen zwischen null und vierzehn an. Damit zeigt er an, ob etwas sauer oder basisch ist. Die Bezeichnung als pH-Wert stammt vom Lateinischen “pondus hydrogenii” oder “potentia hydgrogenii” mit der Bedeutung “Potential des Wasserstoffes”.
Sauer und Basisch
Grundlegend erlaubt der pH-Wert die Entscheidung, ob eine Lösung saure oder basische Eigenschaften besitzt. Dabei gilt, je mehr Protonen (Wasserstoff-Ionen) in der Lösung vorhanden sind, desto niedriger ist der pH-Wert und desto saurer fällt er aus.
Die Skala richtet sich dabei an der Autoprotolyse des Wassers aus. Wasser wird chemisch als H2O beschrieben und kann damit sowohl ein Proton (H+) abgeben, als auch aufnehmen. Übergibt es ein Proton an ein anderes Wassermolekül, fungiert das erste als Protonendonator und damit als Säure, während das andere Molekül ein Proton aufnimmt und damit als Base reagiert. Hierbei entstehen dann aus zwei Wassermolekülen ein Hydroxid-Ion (OH–) und ein Hydronium-Ion (H3O+).
Diese Reaktion, beziehungsweise ihr Ionenprodukt, dient als Maßstab für die Skalierung des pH-Wertes. In reinem Wasser liegen beide Ionentypen in gleicher Anzahl vor, mit einer Konzentration von 10-7. Wird daraus der negative dekadische Logarithmus abgeleitet, entsteht der neutrale Wert von sieben auf der Skala. Alles unterhalb dessen ist sauer, alles, was die sieben übersteigt, ist basisch/alkalisch.
pH-Wert – Forschungsgeschichte
Die Geschichte des pH-Wertes beginnt im Jahre 1909 mit dem dänischen Chemiker Søren Sørensen. Er prägte als erstes den Begriff des pHs, obwohl er der Abkürzung eine andere Bedeutung zumaß, als das oben beschriebene “pondus hydrogenii”. Er legte fest, dass H stellvertretend für Wasserstoff steht und das p, eher willkürlich, als Index der gemessenen Konzentrationen. Später erlangte das p die Bedeutung von Potenz, pondus (Gewicht) oder potentia (Kraft).
Im Laufe der Jahrzehnte änderten sich neben der Namensbedeutung auch die Messmethoden. Zunächst standen elektrometrische Methoden im Vordergrund. Hierfür wurde eine Elektroskop verwendet, welches basierend auf der Messung von Abstoßung und Anziehung von elektrischer Ladung entsprechend die Ladung und Spannung von Lösungen bestimmen konnte. Das erste Elektroskop wurde bereits um das Jahr 1600 von William Gilbert entwickelt.
In der späteren Entwicklung entstand die noch heute verwendete Skala des pH-Werts. Durch diese Festlegung mittels einer Standardlösung können nun vergleichbare und reproduzierbare pH-Messungen erfolgen.
Das Prinzip von Säuren und Basen begann schon vor der Erforschung des pH-Werts. Arrhenius stellte im Jahr 1887 die erste Säure-Base-Theorie auf, welche von dem Konzept nach Brønsted 1923 abgelöst wurde. Dieses wird mit einigen Erneuerungen bis heute als Grundlage verwendet.
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pH-Wert berechnen
Die genaue Formel der pH-Wert-Berechnung richtet sich nach der Einordnung der Säure oder Base in stark oder schwach. Einige Beispiele folgen hier:
- starke Säuren: Salzsäure (HCl), Salpetersäure (HNO3), Schwefelsäure (H2SO4)
- schwache Säuren: Kohlensäure (H2CO3), Essigsäure (CH3COOH)
- starke Basen: Hydroxid-Ion (OH−), beispielsweise in Natriumhydroxid (NaOH)
- schwache Basen: Ammoniak (NH3)
Die nachfolgende Tabelle bietet einen Überblick über die jeweils verwendeten Formeln zur Berechnung. Dabei stehen die Werte in eckigen Klammern, zum Beispiel [Säure], für die Konzentration. Die Wertigkeit beschreibt die Anzahl der möglichen Bildung von Hydroxid- oder Wasserstoff-Ionen. Beispielsweise beträgt die Wertigkeit von Natriumhydroxid eins. Der pKS– beziehungsweise pKB-Wert gibt Auskunft über die Stärke einer Säure oder Base. Je kleiner der Wert ist, desto stärker ist sie, weshalb er bei starken Säuren nicht in der Formel vorkommt.
Bei der Berechnung des Wertes von starken Basen ist zusätzlich noch der pOH-Wert von Relevanz. Er ist, analog zum pH-Wert, als negativer dekadischer Logarhitmus (-lg) der Hydroxid-Ionen (OH–) definiert und gibt Auskunft über die Basizität. Er wird mittels der Formel pH = 14 – pOH berechnet.
| Einordnung | Formel |
| starke Säuren | pH = −lg([Säure] × Wertigkeit) |
| schwache Säuren | pH = ½ (pKS – lg[Säure]) |
| starke Basen | pH = 14 + lg ([Base] × Wertigkeit) |
| schwache Basen | pH = 14 − ½ (pKB − lg[Base]) |
pH-Wert – Tabelle und Normwerte
Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die wichtigsten pH-Werte des menschlichen Körpers sowie ihren jeweiligen Normwert.
| Substanz | pH-Wert | Einordnung |
| Magensäure | 1,0 – 1,5 | sauer |
| Hautoberfläche | 5,5 | sauer |
| Speichel | 6,5 – 7,4 | sauer bis basisch |
| Blut | 7,4 | basisch |
| Pankreassekret | 8,3 | basisch |
pH-Metrie des Ösophagus
Der pH-Wert besitzt noch weitere diagnostische Bedeutungen. Eine davon liegt in der Langzeit-pH-Metrie. Intraluminal (innerhalb eines Lumens) wird über 24 Stunden der pH-Wert gemessen. Das funktioniert mittels einer transnasalen pH-Elektrode. Im Ösophagus kann so beispielsweise ein Reflux diagnostiziert werden, wenn der pH-Wert dauerhaft unter vier liegt. Die neuere Methode stellt die Impedanzmessung dar, die auch nicht-saure Veränderungen registrieren kann.
Doch der pH-Wert kann nicht nur im Körper gemessen werden, sondern ist in der alltäglichen Umgebung zu finden. Einige exemplarische Beispiele sind hier aufgelistet.
| Substanz | pH-Wert | Einordnung |
| Batteriesäure | <1 | sauer |
| Cola | 2,0 – 3,0 | sauer |
| Wein | 4,0 | sauer |
| Kaffee | 5,0 | sauer |
| Regen | 5,6 | sauer |
| Meerwasser | 7,5 – 8,4 | basisch |
| Bleichmittel | 12,5 | basisch |
| Beton | 12,6 | basisch |
| Natronlauge | 13,5 – 14 | basisch |
pH-Wert im Urin
Im Urin beträgt der Normwert zwischen 4,5 und 7,9. Er hält sich entsprechend im sauren bis leicht basischen Bereich. Durch Ernährung und Trinkmenge sowie den Stoffwechsel kann er im Laufe des Tages deutlich schwanken. Ist er stark erhöht (über acht), könnten Hinweise auf eine bakterielle Infektion vorliegen. Ein stark saurer Urin weist beispielsweise auf eine diabetische Azidose (Übersäuerung) oder Niereninsuffizienz hin, kann aber auch durch Fasten bedingt sein.
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pH-Wert der Scheide
Das Vaginalsekret befindet sich normalerweise im pH-Wert-Bereich von 4,0 bis 5,0 und ist damit leicht sauer. Dieses Wissen ist wichtig für die korrekte Intimpflege. Der saure pH-Wert ist etwa der Grund, warum eine übermäßige Pflege mit Wasser und Seife oder Intimwaschlotionen zu einer Störung der Haut führen kann, wodurch unter anderem Pilzinfektionen begünstigt werden. Der saure pH-Wert, der durch Milchsäurebakterien verursacht wird, dient der Abwehr von Keimen und Erregern.
pH-Wert im Wasser
Hier beträgt der Wert von unbelastetem Grundwasser in der Regel zwischen 6,0 und 8,5 und schwankt damit etwas um den neutralen Bereich herum. Niederschläge weisen durch das darin gelöste Kohlenstoffdioxid einen pH-Wert von 5,6 auf . Die Beobachtung des Grundwassers ist wichtig, um toxische Wirkungen an Mensch und Tier sowie Pflanzen zu vermeiden.
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Häufige Fragen
- Was passiert, wenn der pH-Wert im Pool zu niedrig ist?
- Welcher pH-Wert im Urin ist basisch?
- Kann man den pH-Wert in der Scheide messen?
- Welchen pH-Wert hat destilliertes Wasser?
Der pH-Wert eines Pools sollte sich im Bereich von 7,2 bis 7,4 befinden. Fällt er darunter, so liegt das meistens am sauren Regenwasser. Eine entsprechende Abdeckung des Pools ist demnach sehr sinnvoll. Sinkt der pH-Wert dennoch unter 7,2, wird das Wasser als weich bezeichnet. Es besteht die Gefahr der Korrosion an metallischen Gegenständen wie der Poolleiter. Augen und Schleimhäute können gereizt werden und ein chlorhaltiger Geruch ist auffällig. Der pH-Wert sollte in diesem Fall wieder erhöht werden.
Von einem basischen pH-Wert im Urin spricht man, wenn er über sieben liegt. Das Spektrum des Normbereichs erstreckt sich von 4,5 bis 7,9. Im Tagesverlauf schwankt der Wert, gegen Mittag werden meist basische Werte erreicht. Auch eine vegetarische Lebensweise führt zu einem tendenziell basischen pH-Wert. Er lässt jedoch mit einer einmaligen Messung keine Rückschlüsse auf die Stoffwechsellage zu.
Ja, eine Messung des pH-Werts der Scheide ist möglich, wenn auch nicht immer sinnvoll. Selbsttests zuhause können der Kontrolle bei wiederkehrenden Vaginalinfektionen dienen. Auch bei Schwangerschaftsdiabetes oder bei einem Verdacht auf eine Infektion, besonders während der Schwangerschaft, können sie durchaus hilfreich sein. Beim Test wird der Teststreifen an die Rückseite der Vaginalwand gedrückt und so befeuchtet. Mittels einer Farbskala erfolgt die Auswertung.
Wird Trink- oder Quellwasser mittels Destillation von allen dort vorkommenden Ionen und Spurenelementen befreit, entsteht destilliertes Wasser. Somit liegen durch die Autoproteolyse des Wassers nur Hydronium-Ionen und Hydroxid-Ionen vor, wodurch sich ein pH-Wert von genau sieben ergibt. Gelangt jedoch beispielsweise Luft an das destillierte Wasser, versauert es durch das in der Luft enthaltene Kohlenstoffdioxid.
- Braun J et. al., Basislehrbuch Innere Medizin, 7. Auflage, Elsevier
- Säure-Basen-Haushalt, https://next.amboss.com/... , (Abrufdatum: 18.06.2024)
