Autoprotolyse des Wassers

Die Autoprotolyse des Wassers beschreibt die Tendenz von Wasser, selbstständig zu Ionen zu dissoziieren. Zwei Wassermoleküle reagieren dabei miteinander, wobei eines ein Proton ($\text{H}^+$) an das andere überträgt. Dies führt zur Bildung eines Oxonium-Ions ($\text{H}_3\text{O}^+$) und eines Hydroxid-Ions ($\text{OH}^-$): $2 \, \text{H}_2\text{O} \leftrightarrow \text{H}_3\text{O}^+ + \text{OH}^-$. Diese Reaktion ist von zentraler Bedeutung in der Säuren-Basen-Chemie, da sie erklärt, warum Wasser auch ohne externe Säure oder Base geringe Mengen an Ionen enthält und somit in der Lage ist, einen neutralen pH-Wert zu erzeugen.

Reaktions­gleichung und Massen­wirkungs­gesetz

Die Autoprotolyse des Wassers lässt sich durch das Massenwirkungsgesetz beschreiben, welches das Gleichgewicht der Konzentrationen der entstehenden Ionen definiert. Die Gleichgewichtskonstante $K$ für diese Reaktion ist extrem klein ($3.3 \times 10^{-18}$), was bedeutet, dass nur sehr wenige Wassermoleküle tatsächlich in Ionen dissoziieren. Der Großteil des Wassers bleibt in molekularer Form, sodass das Gleichgewicht stark auf der Seite der Wassermoleküle liegt.

pH-Wert und das Ionen­produkt des Wassers

Das Produkt der Konzentrationen der entstehenden Ionen nennt man das Ionenprodukt des Wassers, das bei 25 °C einen festen Wert von $10^{-14} \, \text{mol}^2/\text{L}^2$ hat. Daraus ergibt sich der pH-Wert des Wassers, da die Konzentration der Oxonium-Ionen ($\text{H}_3\text{O}^+$) $10^{-7} \, \text{mol/L}$ beträgt. Der pH-Wert von reinem Wasser beträgt daher $7$, was als neutral gilt. Da die Autoprotolyse temperaturabhängig ist, ändert sich auch das Ionenprodukt mit der Temperatur.

Auto­protolyse des Wassers und das chemische Gleich­gewicht

Das Gleichgewicht der Autoprotolyse des Wassers liegt stark auf der Seite der undissoziierten Wassermoleküle. Dennoch ist die geringe Menge an entstehenden Ionen entscheidend für viele chemische Reaktionen, insbesondere bei Säuren-Basen-Reaktionen, die beim MedAT ein häufiges Thema sind.

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