Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der Oxoniumkonzentration. Für eine starke Säure, die vollständig dissoziiert, ist damit eigentlich alles gesagt — bis die Konzentration so klein wird, dass das Wasser selbst mehr Ionen liefert als die Säure.
Dieser Rechner löst deshalb nicht pH = −log c, sondern die vollständige quadratische Gleichung mit dem Ionenprodukt des Wassers. Der Unterschied wird dort sichtbar, wo die einfache Formel offen falsch liegt: 10⁻⁸ mol/l Salzsäure ergeben nach ihr pH 8, also eine Base. Richtig sind 6,98 — etwas saurer als reines Wasser, wie es sein muss.
Warum sehr verdünnte Säuren nicht basisch werden
Reines Wasser enthält bei 25 °C selbst 10⁻⁷ mol/l Oxonium- und ebenso viele Hydroxidionen; das Produkt der beiden ist die Konstante Kw = 10⁻¹⁴. Gibt man Säure hinzu, kommen deren Protonen zu den vorhandenen dazu — bei 0,01 mol/l fällt der Eigenanteil des Wassers nicht ins Gewicht, bei 10⁻⁸ mol/l ist er zehnmal größer als die Säure selbst.
Die exakte Lösung folgt aus zwei Bedingungen: Ladungserhaltung und Kw. Sie lautet [H⁺] = (c + √(c² + 4·Kw)) / 2 und geht für nicht zu kleine Konzentrationen in die vertraute Näherung über. Für 10⁻⁸ mol/l liefert sie 1,05 · 10⁻⁷ mol/l und damit pH 6,98. Der Rechner zeigt zum Vergleich, was die einfache Formel gesagt hätte.
Schwache Säuren brauchen den pKs
Eine schwache Säure gibt ihr Proton nur teilweise ab, und wie weit, sagt der pKs-Wert. Essigsäure mit pKs 4,76 ist in 0,1-molarer Lösung nur zu etwa einem Prozent dissoziiert — der pH liegt bei 2,88 statt bei 1, wie es eine gleich konzentrierte starke Säure ergäbe.
Der Rechner benutzt die Schulnäherung pH = ½·(pKs − log c). Sie unterstellt, dass die Säure kaum dissoziiert und die Ausgangskonzentration daher praktisch erhalten bleibt. Das trifft zu, solange der pKs deutlich über 2 liegt und die Lösung nicht extrem verdünnt ist. Bei starken bis mittelstarken Säuren und bei sehr kleinen Konzentrationen wird die Näherung ungenau, und man braucht die vollständige quadratische Behandlung.
Neutral ist nicht immer sieben
pH 7 gilt als neutral, weil bei 25 °C das Ionenprodukt des Wassers 10⁻¹⁴ beträgt und beide Ionensorten deshalb bei 10⁻⁷ mol/l gleich häufig sind. Kw hängt aber von der Temperatur ab: Bei 37 °C ist es rund 2,4 · 10⁻¹⁴, und neutral liegt dann bei pH 6,81.
Blut mit pH 7,4 ist also nicht so basisch, wie die Zahl gegenüber der 7 vermuten lässt — bei Körpertemperatur sind es knapp 0,6 Einheiten über dem Neutralpunkt statt 0,4. Dieser Rechner arbeitet durchgehend mit dem Wert für 25 °C, weil Vorschriften und Tabellenwerke es ebenso tun.