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Säuren und Basen

Eigendissoziation des Wassers

Auch in chemisch reinem Wasser lässt sich eine geringe Leitfähigkeit messen. Der Grund hierfür ist die Eigendissoziation des Wassers in Hydronium- und Hydroxid-Ionen.

H2O+ H2O H3O++ OH

Für diese Reaktion gilt das Massenwirkungsgesetz:

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

Das Gleichgewicht der Reaktion liegt stark auf der linken Seite, und die Gleichgewichtskonstante K hat somit einen sehr kleinen Wert. In einer wässrigen Lösung ist H2O im Überschuss vorhanden ([H2O] = 1,000 g L 1 / 18 gmol-1 = 55,56 molL-1 ). Die H2O-Konzentration bleibt deshalb konstant, und der Nenner kann in die Konstante K mit einbezogen werden.

K [H 2 O] 2 = K W = [H 3 O + ] [OH - ] = 10 -14 mol 2 / L 2

Die bei gegebener Temperatur konstante Größe Kw kann durch Leitfähigkeitsmessungen bestimmt werden und wird als Ionenprodukt des Wassers bezeichnet. Kennt man die Konzentration der H3O+-Ionen, so lässt sich über das Ionenprodukt die Konzentration der OH-Ionen berechnen und umgekehrt. Wenn zum Beispiel in einer Messung eine H3O+-Konzentration von 105 molL-1 ermittelt wurde, so berechnet sich folgende OH-Konzentration:

[OH - ] = Kw [H 3 O + ] = 10 -14 mol 2 / L 2 10 -5 molL-1 = 10 -9 molL-1

Die Konzentration der Hydronium- bzw. der Hydroxid-Ionen ist das Maß, ob und wie stark eine Lösung sauer, basisch oder neutral ist.

Tab.1
Saure Lösung [H3O+] > [OH]
Neutrale Lösung [H3O+] = [OH]
Basische Lösung [H3O+] < [OH]

In einer neutralen Lösung sind H3O+- und OH-Konzentration gleich groß. Die Gleichung für das Ionenprodukt lässt sich dann als

K W = [H 3 O + ] 2

schreiben und man erhält die Beziehung:

[ H 3 O + ] = Kw = 10 14 mol 2 / L 2 = 10 7 molL-1 = [ OH - ]
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