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Tutorial MenueSäuren und BasenLerneinheit 2 von 8

Autoprotolyse

Ionenprodukt

Wendet man auf das Autoprotolysegleichgewicht das Massenwirkungsgesetz an, so ergibt sich

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

Dichte von Wasser bei 25 °C: 996 g/L:

[ H 2 O ] = n v = m v M = ρ M = 996 g mol L 18 g = 55,3 mol L

Weil sich aber die Gesamtkonzentration an H2O praktisch nicht ändert, wenn nur einige Moleküle der Autoprotolyse unterliegen, ist die Gesamtkonzentration an H2O annähernd gleich der H2O-Konzentration im Gleichgewicht. Dann kann [H2O]2 in die Konstante einbezogen werden, und man erhält:

[ H 3 O + ] [ O H - ] = K w

Die Gleichgewichtskonstante Kw nennt man das Ionenprodukt des Wassers. Sein Wert hängt von der Temperatur ab; bei 25 °C ist Kw = 1⋅ 10−14 mol2L-2.

Tab.1
Ionenprodukt des Wassers Temperaturabhängigkeit
T [°C]Kw [mol2L-2]
00.1141014
100.6811014
200.9291014
251.0081014
301.4691014
402.9191014
505.4741014
609.6101014

Der mit der Temperatur wachsende Wert von Kw entspricht dem endothermen Vorgang der Autoprotolyse beziehungsweise umgekehrt der exothermen Neutralisationsreaktion.

Da bei der Autoprotolyse Oxonium- und Hydroxidionen in gleichem Umfang gebildet werden, gilt für reines Wasser bei 25 °C:

[ H 3 O + ] = [ O H - ] = 10 −14 mol 2 L 2 = 10 −7 mol L

Das Ionenprodukt gilt als Gleichgewichtskonstante nicht nur für reines Wasser, sondern für alle verdünnten wässrigen Lösungen, das heißt es gilt auch für verdünnte Säuren und Basen, in denen ein hoher Überschuss an Oxonium- beziehungsweise Hydroxidionen herrscht. Wenn Kw konstant bleiben soll, so muss sich bei Zugabe von H3O+ die Konzentration an OH entsprechend vermindern.

Betrachtet man Salzsäure mit einer Konzentration von 0,01  molL-1 , so ist, weil sich HCl in Wasser vollständig umsetzt:

HCl+ H20 H3O++ Cl
[ H 3 O + ] = 0,01 mol L

Setzt man diese Konzentration in die Beziehung für das Ionenprodukt des Wassers ein, so ergibt sich für die Konzentration an OH:

[ OH - ] = K w [ H 3 O + ] = 10 −14 mol 2 L 2 10 −2 mol L = 10 −12 mol L

Saure wässrige Lösungen besitzen also einen Überschuss an Oxonium- gegenüber Hydroxidionen, bei basischen Lösungen liegen Hydroxidionen im Überschuss vor. Mit dem Wert für [H3O+] ist über das Ionenprodukt auch der Wert für [OH] gegeben und umgekehrt. Es genügt daher die Angabe einer Konzentration.

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