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Chemie · Säure-Base-Reaktionen
Wasser reagiert in winzigem Maß mit sich selbst zu H₃O⁺ und OH⁻. Das Ionenprodukt Kw = 10⁻¹⁴ mol²/L² (25 °C) verknüpft beide Konzentrationen, und die Temperatur verschiebt den neutralen pH.
Wasser reagiert in winzigem Maß mit sich selbst. Bei 25 °C liegen dann je 10⁻⁷ mol/L H₃O⁺ und OH⁻ vor, ihr Produkt ist das Ionenprodukt Kw = 10⁻¹⁴ mol²/L².
H₂O + H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻Autoprotolyse, endotherm
Dabei überträgt ein Wassermolekül ein Proton auf ein zweites. H₃O⁺ (Oxonium) ist die korrespondierende Säure zu H₂O, OH⁻ (Hydroxid) die korrespondierende Base.
Beschriftbare Abbildung
Deine AufgabeOrdne die Rollen zu: Welches Wassermolekül ist Säure, welches Base? Verfolge das violett markierte Proton und begründe mit den Pfeillängen, warum das Gleichgewicht weit links liegt.
Tippe auf eine Beschriftung in der Abbildung, um ihre Erklärung zu lesen.
Wasser ist ein Ampholyt: Es kann ein Proton abgeben (Säure) und aufnehmen (Base). → Ausführlich in: Brönsted-Säuren und -Basen
Das Gleichgewicht liegt extrem weit links: Auf rund eine halbe Milliarde Wassermoleküle kommt nur ein Ionenpaar. Reines Wasser leitet deshalb kaum Strom: Es sind zu wenige Ionen da.
Das Massenwirkungsgesetz liefert für 2 H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻ die Gleichgewichtskonstante K = c(H₃O⁺)·c(OH⁻) / c(H₂O)² = 3,26·10⁻¹⁸. Wasser liegt mit etwa 55,4 mol/L praktisch konstant vor, also fasst man c(H₂O)² in die Konstante:
Kw = K·c(H₂O)² = c(H₃O⁺)·c(OH⁻) = 10⁻¹⁴ mol²/L²bei 25 °C
In jeder wässrigen Lösung gilt c(H₃O⁺)·c(OH⁻) = Kw. Steigt die eine, sinkt die andere.
Neutral heißt c(H₃O⁺) = c(OH⁻). Bei 25 °C ist das je √(10⁻¹⁴) = 10⁻⁷ mol/L, also pH 7.
Beispiel: Eine Lösung hat c(OH⁻) = 10⁻³ mol/L.
Mit Logarithmen geschrieben gilt bei 25 °C pKw = pH + pOH = 14. → Ausführlich in: pH-Wert
Die Autoprotolyse ist endotherm. Wird dem System Wärme zugeführt, verschiebt sich das Gleichgewicht nach rechts (Le Chatelier): mehr Ionen, Kw steigt, der neutrale pH sinkt unter 7. → Ausführlich in: Massenwirkungsgesetz
Interaktive Darstellung
Deine AufgabeErhöhe die Temperatur und beobachte die Verschiebung der Ionenprodukt-Kurve. Warum steigt Kw, und warum sinkt gleichzeitig der neutrale pH-Wert unter 7?
| Temperatur | pKw | neutraler pH |
|---|---|---|
| 0 °C | 14,9 | 7,5 |
| 25 °C | 14,0 | 7,0 |
| 100 °C | 12,3 | 6,1 |
Neutral heißt pH = pOH, also pKw = 2·6,77 = 13,54 und Kw = 10−13,54 ≈ 2,9·10⁻¹⁴ mol²/L².
