Saure und alkalische Lösungen

Wird ein Stoff in Wasser aufgelöst, so entsteht eine wässrige Lösung. Ist der gelöste Stoff sauer, wie zum Beispiel Zitronensaft, Orangensaft oder Essig, so entsteht eine saure Lösung. Wird jedoch Seife dem Wasser hinzugegeben, entsteht eine seifige, schmierige Lösung, die alkalische Lösung genannt wird. Viele saure und alkalische Lösungen wirken stark ätzend und können schwere Schäden verursachen. Um herauszufinden, ob eine Lösung sauer oder alkalisch ist, ohne sie zu probieren, benötigt man Farbstoffe, die ihre Farbe in saurer oder alkalischer Lösung verändern. Solche Farbstoffe werden Indikatoren genannt. Beispiele dafür sind Rotkohl, rote Bete, Radieschen oder schwarzer Tee. Um zu bestimmen, wie sauer oder wie alkalisch eine Lösung ist, wird ein Universalindikator oder der pH-Wert verwendet.  Beispiel für Farbindikatoren, die im Labor verwendet werden sind Phenolphthalein, Lackmus, Thymolblau, Bromthymolblau.

pH-Wert

Ein Universalindikator besteht nicht aus einem Farbstoff, sondern aus einem Gemisch von mehreren Farbstoffen. Er zeigt durch unterschiedliche Farbänderungen den pH-Wert der Lösung an. Saure Lösungen sind nach Zugabe des Universalindikators typischerweise rot bis gelb, neutrale Lösungen grün und alkalische Lösungen blau. Über eine Vergleichsskala lässt sich der Farbe ein pH-Wert zuordnen. Der pH-Wert gibt an, wie stark oder schwach sauer bzw. alkalisch eine Lösung ist. Der pH-Wert einer neutralen Lösung, also nicht sauer und auch nicht alkalisch, liegt bei 7. Die pH-Skala geht von 0 bis 14, wobei eine Lösung mit einem pH < 7 sauer und eine Lösung mit pH > 7 alkalisch ist.

Hydroxid- und Hydroxoniumionen

Der pH-Wert kann nicht nur mithilfe von Universalindikatoren herausgefunden werden, sondern auch durch die Messung von gewissen Ionen des Wassers. Reines Wasser besteht grösstenteils aus Wassermolekülen. Wassermoleküle reagieren jedoch miteinander. 

​$$2 H_2O \rightleftharpoons H_3O^+ + OH^-$$​​

Aus zwei Wassermolekülen entstehen ein Oxonium-Ion $$H_3O^+$$​ und ein Hydroxid-Ion $$OH^-$$​. Das Gleichgewicht dieser Reaktion liegt stark auf der Seite von Wasser. Darum kommen in einem Liter Wasser nur sehr wenige dieser Ionen vor, nämlich genau $$10^{-7} mol$$. Der negative dekadische Logarithmus der Oxonium-Ionenkonzentration ergibt den pH-Wert. 

​$$pH = -log_{10}(10^{-7}) = 7$$​​

Reines Wasser hat darum den pH-Wert 7.