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Autoprotolyse des Wassers

Destilliertes Wasser hat eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit. Das heißt, dass das Wasser Ionen in einer ebenfalls geringen Konzentration enthalten muss.

Die Ionen entstehen durch eine Protolyse-Reaktion zwischen den Wassermolekülen. Weil ein Protonenübergang zwischen gleichartigen Molekülen stattfindet, nennt man diese Reaktion Autoprotolyse.

Ein Wassermolekül gibt ein Proton ab und das andere Wassermolekül nimmt eins auf. Dabei entsteht ein positiv geladenes Hydroniumion und ein negativ geladenes Hydroxid-Ion.

Es ergibt sich also folgende Gleichgewichtsreaktion:



H 2 O ( l ) + H 2 O ( l ) ⇌ H 3 O + ( aq ) + OH - ( aq )


Das chemische Gleichgewicht (Autoprotolysegleichgewicht des Wassers) liegt weit auf der Seite des Wassers.


Auf dieses Gleichgewicht lässt sich das Massenwirkungsgesetz anwenden:



K = [ H 3 O + ] ⋅ [ OH - ] [ H 2 O ] 2


Bei 1 l Wasser betragen die Konzentrationen:



[ H 2 O ] = m M = 1000 g l 18,015 g mol = 55,51 mol ⋅ l - 1 ̲ und [ H 3 O + ] = [ OH - ] = 1 ⋅ 10 - 7 mol ⋅ l - 1


Dies wird in das Massenwirkungsgesetz eingesetzt:



K = ( 1 ⋅ 10 - 7 mol ⋅ l - 1 ) 2 ( 55,51 mol ⋅ l - 1 ) 2 = 3,26 ⋅ 10 - 18 ̲


Weil die Konzentration des Wassers auch bei Verschiebung des Gleichgewichts fast konstant bleibt, bringt man die Konzentration des Wassers auf die andere Seite:



K = [ H 3 O + ] ⋅ [ OH - ] [ H 2 O ] 2 ∣ ⋅ [ H 2 O ] 2
K ⋅ [ H 2 O ] 2 = K w = [ H 3 O + ] ⋅ [ OH - ] = 1 ⋅ 10 - 14 mol 2 l 2 ̲


Die neue Konstante KW für das Autoprotolysegleichgewicht des Wassers wird Ionenprodukt des Wassers genannt.

Das Ionenprodukt des Wassers gilt nicht nur für reines Wasser, sondern auch für jede verdünnte wässrige Lösung.

Es gibt auch andere Ampholyte als Wasser, die in wässrige Lösung die Eigenschaft der Autoprotolyse aufzeigen, wie z. Bsp.: flüssiger Ammoniak, wässrige Schwefelsäure.


Der Verlauf chemischer Reaktionen in wässriger Lösung kann durch die Konzentration der Hydroniumionen wie auch der Hydroxid-Ionen beeinflusst werden. Für die Berechnung braucht man nur eine der beiden Konzentrationen angeben. Dabei hat man international Hydroniumionen festgelegt.

Da es unübersichtlicher ist mit der Konzentration zu rechnen, schlug der Chemiker SÖREN SÖRENSEN vor mit dem negativen dekadischen Logarithmus des Zahlenwerts zu rechnen.



pH = − lg [ H 3 O + ] mol ⋅ l - 1
und
pOH = − lg [ OH - ] mol ⋅ l - 1


In destilliertem Wasser beträgt die Konzentration der Ionen:



[ H 3 O + ] = [ OH - ] = 1 ⋅ 10 - 7 mol ⋅ l - 1


und damit ist der pH- und der pOH-Wert gleich 7. Sind die beiden Konzentrationen identisch so ist der ph-Wert 7 also neutral.

Ist der pH-Wert kleiner als 7, so ist die Lösung sauer.

Ist der pH-Wert größeer als 7, so ist die Lösung basisch (alkalisch).


Für das Ionenprodukt des Wassers definiert man ebenfalls den negativen dekadischen Logarithmus und nennt ihn Ionenexponent des Wassers :

Mit

K w = [ H 3 O + ] ⋅ [ OH - ] = 1 ⋅ 10 - 14 mol 2 ⋅ l - 2

ergibt sich so:

pK w = − lg K w mol 2 ⋅ l - 2


und es gilt:

pK w = pH + pOH = 14

Erstellt von A.N. 27.4.2014



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