Warum ist beim Ionenprodukt des Wassers die Konzentration von OH- und H3O+ jeweils 10 ^ -7?
2 Antworten
Da reines Wasser eine sehr geringe Leitfähigkeit zeigt, muss folgendes Gleichgewicht, das allerdings fast ganz auf der linken Seite liegt, vorliegen:
H₂O + H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻
Da in verdünnten (!) Lösungen c(H₂O) = const. = 55,55 mol/L, vereinfacht sich das MWG
K = c(H₃O⁺) • c(OH⁻) / c(H₂O)
indem man c(H₂O) in die Gleichgewichtskonstante K mit einbeziehen kann zu
c(H₃O⁺) • c(OH⁻) = Kw
Die Konstante Kw (Ionenprodukte des Wassers) hängt nur von der Temperatur ab und hat bei ϑ = 22 °C den Wert 10⁻¹⁴ mol²/L².
Es folgt dann c(H₃O⁺) = c(OH⁻) = 10⁻⁷ mol/L.
Das ist eine inhärente Eigenschaft von Wasser. Wasser ist ein Ampholyt, d.h. es kann im Sinne des Säurebegriffs von Brönsted sowohl als Säure als auch als Base reagieren; anders ausgedrückt, ein H2O Molekül kann sowohl ein Proton aufnehmen als auch abgeben.
In sehr geringem Umfang reagiert Wasser deshalb auch mit sich selbst. D.h. Ein H2O Molekül nimmt ein Proton auf (H3O+) und vom anderen bleibt dann ein OH- übrig.
Bei 25°C stellt sich ein Gleichgewicht ein und der Liter Wasser enthält je 10°-7 Mol H3O+ Ionen und genauso viel OH- Ionen. Wie gesagt das ist eine temperaturabhängige Stoffeigenschaft (nicht anders als die Dichte von Gold oder die Leitfähigkeit von Kupfer).
Warum es genau dieser Wert ist könnte man vermutlich durch thermodynamische oder noch eher durch quantenphysikalische Berechnungen klären, aber das geht über mein Chemievermögen hinaus.