Autoprotolyse des Wassers (Ionenprodukt)

Wasser dissoziiert (Protolyse) zu einem geringen Anteil in H + - und OH - -Ionen, die hydratisiert (i) (aq) vorliegen : H 2 O ⇋ H + (aq) + OH - (aq) Wasserstoff-Ionen H + und OH - -Ionen liegen in wässriger Lösung nicht frei sondern ein- oder mehrfach hydratisiert vor. z.B. H + (aq) : H 3 O + , H 5 O 2 + , H 7 O 3 + , ......... Bild: Autoprotolyse des Wassermoleküls Das heißt, die Reaktionsgleichung müsste eigentlich lauten: H 2 O + H 2 O ⇋ H 3 O + + OH - Aus Gründen der Vereinfachung schreibt man jedoch häufig: H 2 O ⇋ H + + OH - Das Massenwirkungsgesetz lautet dann für diese Reaktion: a(H + ) · a(OH - ) ───────── = K a(H 2 O) Da durch den geringen Umfang der Dissoziation (sehr kleiner Wert für die Konstante K) die Aktivität des Wassers a(H 2 O) als konstant angesehen werden kann, wird sie in die Konstante mit einbezogen und eine neue Konstante K W gebildet. a(H 2 O) = 55,41 mol/L a(H + ) = 10 -7 mol/L → a(H 2 O) ≈ konstant →→ a(H + ) · a(OH - ) = K · a(H 2 O) = K w Die Gleichung lautet dann: a(H + ) · a(OH - ) = K w [(mol/L) 2 ] (Ionenprodukt des Wassers) Man bezeichnet das Produkt aus a(H + ) und a(OH - ) als das Ionenprodukt des Wassers. Der Wert für das Ionenprodukt des Wassers ist von der Temperatur abhängig. Für die Temperaturabhängigkeit von K w gilt (DIN 38404 Teil 10) : lg K w = -13,996 + 2954 · (1/T 0 - 1/T) -10,4 · (ln(T/T 0 ) + T 0 /T - 1) T = Temperatur in K T 0 = Bezugstemperatur 298,15 K (25 °C) Bei 25 °C gilt : T = T 0 = 298,15 K lg K w = -13,996 + 2954 · (0) -10,4 · (0) = - 13,996 → K w = 10 -14 (mol/l) 2 In reinem Wasser entstehen durch die Dissoziation immer 50% H + -Ionen und 50% OH - - Ionen. H 2 O ⇋ H + + OH - 50% 50% → a(H + ) = a(OH - ) → [a(H + )] 2 = K w = 10 -14 (mol/l) 2 a(H + ) = K w -2 a(OH - ) = K w -2 K w -2 = (10 -14 ) -2 = 10 -7 Es liegen dann also 10 -7 mol/L H + -Ionen 10 -7 mol/L OH - -Ionen im Wasser vor (25 °C !). Dieses Wasser mit gleichen Aktivitäten an H + - und OH - -Ionen wird als neutral bezeichnet. Liegen mehr -Ionen als H + -Ionen vor, so wird es als sauer, liegen mehr OH - -Ionen vor, so wird es als alkalisch bezeichnet.