Wasser ist ein ganz besonderer Stoff, und zwar nicht nur als Lebensraum für unsere Fische, sondern auch chemisch.

Das gewinkelte Wassermolekül besteht auf einem Atom Sauerstoff und zwei Atomen Wasserstoff. Das bindende Elektronenpaar zwischen dem Sauerstoff- und den Wasserstoff-Atomen wird vom Sauerstoff etwas angezogen. Auf die Weise entsteht ein Dipol. Das etwas positive Wasserstoffatom geht eine Assoziation mit den freien Elektronenpaaren des Sauerstoffatoms eines anderen Wassermoleküls ein. Dies nennt man Wasserstoffbrückenbindung. Auf die Weise entstehen größere Wasser-Aggregate, welche dafür verantwortlich sind, daß Wasser im Vergleich zu ähnlichen Wasserstoff-Verbindungen (also vom Typ H₂X) einen ungewöhnlich hohen Schmelz- und Siedepunkt hat.

Das Wasser ist zu einem äußerst geringen Anteil dissoziiert, d.h. es spaltet sich in die Ionen H⁺  und OH^- auf. Das H⁺ liegt aber nicht isoliert im Wasser vor, sondern bindet sich an ein anderes Wassermolekül zu H₃O⁺.

Das Gleichgewicht liegt also fast ganz auf der linken Seite. Dies nennt man die Autoprotolyse des Wassers. In jedem noch so reinen Wasser sind also winzige Mengen von Wasserstoff- und Hydroxid-Ionen vorhanden. Daher hat selbst reinstes Wasser noch einen sehr kleinen Leitwert.

Hier kommt nun zum ersten mal das im vorigen Kapitel so ausführlich besprochene Massenwirkungsgesetz (MWG) zur Anwendung. Nach dem MWG gilt also:

Da der Anteil der Ionen gegenüber den undissoziierten Wassermolekülen so verschwindend gering ist, kann die Konzentration des H₂O als konstant angesehen werden. Diese Konstante faßt man nun mit der Gleichgewichtskonstanten K zu einer neuen Konstanten zusammen:

Diese neue Konstante K_W heißt Ionenprodukt des Wassers. Sie ist temperaturabhängig und beträgt 1*10^-14 (mol/l)² bei 25°C.

Da in reinstem Wasser (neutrale Reaktion) die Anzahl der Wasserstoff-Ionen (H⁺) und der Hydroxid-Ionen (OH^-) gleich sein muß, ist:

Daraus ergibt sich dann für die H⁺-Konzentration:

Gibt man eine Säure ins Wasser, so steigt die H⁺-Konzentration, da die Säure ja H⁺ enthält. Da das Ionenprodukt K_W aber konstant ist, muß gleichzeitig die Hydroxid-Konzentration (OH^-) abnehmen.

Wegen bequemerer Handhabung hat man statt der unpraktischen Zehnerpotenz (10^-7 für [H⁺]) den pH-Wert eingeführt und ihn als den negativen dekadischen Logarithmus der H⁺-Konzentration definiert:

Neutrales Wasser hat also einen pH-Wert von 7, was nichts anderes bedeutet, als daß die H⁺-Konzentration 10^-7 mol/l beträgt. Mit steigender H⁺-Konzentration, z.B. wenn man eine Säure hinzufügt, sinkt der pH-Wert. So bedeutet ein pH-Wert von 4 ja eine H⁺-Konzentration von 10^-4 mol/l und somit eine um das 1000fache höhere Konzentration als in der neutralen Lösung.

Man muß sich immer im klaren darüber sein, daß man es bei dem pH-Wert um eine logarithmische Skala handelt. In dem Diagramm ist die H⁺-Konzentration logarithmisch aufgetragen (y-Achse), d.h. zwischen den Haupt-Teilstrichen liegt jeweils eine Zehnerpotenz.

Zur Verdeutlichung habe ich im nächsten Diagramm einmal den für uns interessantesten pH-Bereich mit der zugehörigen H⁺-Konzentration dargestellt. Die Konzentrations-Skala (y-Achse) ist diesmal aber nicht logarithmisch, sondern linear.

Für alle pH-Wert-Berechnungen ist eine Kenntnis über das Rechnen mit Logarithmen Vorraussetzung. Die Rechenregeln findet man in mathematischen Formelsammlungen.

Für die Zwischenschritte ergibt sich:

Eine pH-Wert-Senkung um 0.2 im Aquarium würde bei einem Ausgangswert von pH 7 (also eine Senkung auf pH 6.8) demnach die H⁺-Konzentration um 0.6 * 10^-7 mol/l erhöhen, während bei einem Ausgangswert von pH 6.2 (also eine Senkung auf pH 6.0) bereits eine Erhöhung der H⁺-Konzentration um 3.7 * 10^-7 mol/l bedeuten würde. Wenn man nun noch bedenkt, daß viele pH-Indikatoren lediglich eine Genauigkeit von 0.5 (bestenfalls 0.2) pH-Einheiten haben, so wird einem klar, was wir unseren Fischen bei zu sorgloser Anwendung von pH-Wert-anpassenden Methoden alles zumuten. Man braucht allerdings jetzt nicht in das andere Extrem zu verfallen und den pH-Wet auf 0.1 pH-Einheiten konstant halten, denn die überwiegende Mehrheit der Fische hat einen sehr großen Regelbereich, so daß sie auch pH-Änderungen um 1-2 pH-Einheiten problemlos regeln können. Zu beachten ist aber, daß pH-Änderungen langsam über mehrere Stunden bis Tagen erfolgen müssen! Dies ist insbesondere auch beim Wasserwechsel zu beachten, d.h. das Wechselwasser sollte annähernd dem pH-Wert des Aquarienwassers entsprechen.