Autoprotolyse

Die sehr geringe Eigendissoziation des Wassers wird auch als Autoprotolyse bezeichnet. Dabei kommt es zu einem Austausch von Protonen zwischen je zwei Wassermolekülen. Es entsteht ein Oxonium-Ion und ein Hydroxid-Ion.


Erklärung

Verständnis der Autoprotolyse

Selbst destilliertes Wasser leitet in sehr geringem Maße den elektrischen Strom. Das liegt an der Autoprotolyse des Wassers, bei der Ionen entstehen, die für die elektrische Leitfähigkeit verantwortlich sind.

So sieht die Reaktionsgleichung dazu aus:

\text{H}_{2}\text{O} + \text{H}_{2}\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_{3}\text{O}^{+} + \text{OH}^{-}H2O+H2OH3O++OH\text{H}_{2}\text{O} + \text{H}_{2}\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_{3}\text{O}^{+} + \text{OH}^{-}

Anmerkungen

  • Gleichgewicht stark auf der Eduktseite
  • Elektrische Leitfähigkeit in Trinkwasser höher, da darin noch weitere Ionen vorliegen, z. B. Natrium-Ionen, Chlorid-Ionen etc.

Gleichgewicht

Wir können auch berechnen auf welcher Seite das Gleichgewicht liegt. Dafür brauchen wir das Massenwirkungsgesetz.

Wenn wir die Produkte und Edukte einsetzen, sieht das so aus:

\text{K} = \frac{\text{c(H}_{3}\text{O}^+) \cdot \text{c(OH}^-)}{\text{c(H}_{2}\text{O}) \cdot \text{c(H}_{2}\text{O})}K=c(H3O+)c(OH)c(H2O)c(H2O)\text{K} = \frac{\text{c(H}_{3}\text{O}^+) \cdot \text{c(OH}^-)}{\text{c(H}_{2}\text{O}) \cdot \text{c(H}_{2}\text{O})}

Wenn wir K konkret ausrechnen würden, würde ein sehr sehr kleiner Wert herauskommen (K = 3,3 ∙ 10⁻¹⁸ mol²/L²). Das bedeutet, dass das Gleichgewicht stark auf der Seite der Edukte liegt.

Ionenprodukt des Wassers

Weil das Gleichgewicht so stark auf der Seite des Wassers liegt, können wir sagen, dass die Konzentration von Wasser fast konstant bleibt. Sie ändert sich also nur sehr gering.

Wir können deshalb die Gleichung von der Konstante K umwandeln zu:

\text{K}_\text{W} = \text{c(H}_{3}\text{O}^+) \cdot \text{c(OH}^-)KW=c(H3O+)c(OH)\text{K}_\text{W} = \text{c(H}_{3}\text{O}^+) \cdot \text{c(OH}^-)

Und das ist das Ionenprodukt des Wasser (Kw).

Diese Ionenprodukt ist temperaturabhängig. Bei 25 °C gilt:

\text{K}_{W}= \text{c(H}_{3}\text{O}^+) \cdot \text{c(OH}^-)=1 \cdot 10^{-14}\, \frac{\text{mol}^2}{\text{L}^2}KW=c(H3O+)c(OH)=11014mol2L2\text{K}_{W}= \text{c(H}_{3}\text{O}^+) \cdot \text{c(OH}^-)=1 \cdot 10^{-14}\, \frac{\text{mol}^2}{\text{L}^2}

Zusammenhang zum pH-Wert

Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der Oxoniumionen-Konzentration.

Wenn wir auf das Ionenprodukt den pH-Wert anwenden, also den Logarithmus ziehen und das Vorzeichen ändern, steht da:

-\text{lg(K}_{\text{W}})=\text{pH} + \text{pOH} = 14lg(KW)=pH+pOH=14-\text{lg(K}_{\text{W}})=\text{pH} + \text{pOH} = 14

Wir wissen aus der Reaktionsgleichung der Autoprotolyse, dass bei der Entstehung von einem Oxoium-Ion immer ein Hydroxid-Ion gebildet wird. Das heißt, dass die Konzentration der Oxonium- und Hydroxid-Ionen gleich groß ist. Der pH-Wert von Wasser muss deshalb 7 sein.

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