Warum hat das Wasser einen pH-Wert von 7?

Warum hat reines Wasser einen pH-Wert von 7? Ein tieferer Blick ins Gleichgewicht

Die Aussage „Wasser hat einen pH-Wert von 7“ ist zwar weit verbreitet, aber nur unter idealisierten Bedingungen korrekt. Sie bedarf einer genaueren Betrachtung des chemischen Gleichgewichts, das im Wasser vorliegt. Der pH-Wert von 7 beschreibt den neutralen Punkt auf der pH-Skala, aber was macht Wasser bei diesem Wert neutral?

Der Schlüssel liegt in der Selbstdissoziation des Wassers, auch bekannt als Autoprotolyse. Wassermoleküle (H₂O) reagieren – wenn auch in geringem Maße – miteinander, wobei ein Wassermolekül ein Proton (H⁺) an ein anderes abgibt. Dies führt zur Bildung von Hydroniumionen (H₃O⁺) und Hydroxidionen (OH⁻):

2 H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻

Dieses Gleichgewicht ist dynamisch. Ständig dissoziieren Wassermoleküle und rekombinieren gleichzeitig wieder zu Wassermolekülen. In reinem Wasser bei 25°C ist die Konzentration sowohl der Hydroniumionen als auch der Hydroxidionen exakt gleich: 10⁻⁷ mol/l. Dieser Wert ist entscheidend.

Der pH-Wert wird definiert als der negative dekadische Logarithmus der Hydroniumionen-Konzentration:

pH = -log₁₀[H₃O⁺]

Da [H₃O⁺] = 10⁻⁷ mol/l in reinem Wasser beträgt, ergibt sich ein pH-Wert von:

pH = -log₁₀(10⁻⁷) = 7

Die gleiche Konzentration an Hydroxidionen ([OH⁻] = 10⁻⁷ mol/l) führt zu einem pOH-Wert von ebenfalls 7. Die Summe von pH und pOH ist in wässrigen Lösungen stets 14 bei 25°C. Diese Gleichheit der Ionenkonzentrationen ist das Kennzeichen der Neutralität.

Es ist wichtig zu betonen, dass ein pH-Wert von exakt 7 nur unter idealen Bedingungen – reinem, destilliertem Wasser bei 25°C und normalem Luftdruck – erreicht wird. Schon geringe Verunreinigungen, wie gelöste Gase aus der Luft (z.B. Kohlendioxid, das zu Kohlensäure reagiert und den pH-Wert absenkt), oder gelöste Mineralien verändern den pH-Wert. Natürliches Wasser weist daher in der Regel einen pH-Wert abweichend von 7 auf. Die Neutralität des Wassers bei pH 7 ist also ein idealisiertes Konzept, das das zugrundeliegende chemische Gleichgewicht erklärt.