Wasser protolysiert sich selbst
- Befund:Selbst reinstes Wasser leitet den Strom — sehr schwach (0,055 µS/cm bei 25 °C). Es muss also Ionen enthalten.
- Ampholyt:Wasser kann ein Proton abgeben und aufnehmen (3.1.2) — auch untereinander: Ein Molekül ist Säure, das andere Base.
- Gleichgewicht:liegt sehr weit links; bei 25 °C ist nur etwa jedes 550-millionste Wassermolekül protolysiert.
- Paarweise:Jedes H₃O⁺ entsteht zusammen mit einem OH⁻ — in reinem Wasser gilt immer c(H₃O⁺) = c(OH⁻).
Autoprotolyse des Wassers: \(\ce{H2O + H2O <=> H3O+ + OH-}\)
Das Ionenprodukt des Wassers
Herleitung:
Ionenprodukt des Wassers (25 °C): \(K_\mathrm{W} = c(\ce{H3O+}) \cdot c(\ce{OH-}) = 1{,}0 \cdot 10^{-14}\,\mathrm{mol^2/L^2}\)
- Neutral (25 °C):\(c(\ce{H3O+}) = c(\ce{OH-}) = 1{,}0 \cdot 10^{-7}\,\mathrm{mol/L}\)
- Jede Lösung:\(K_\mathrm{W}\) gilt auch in Säuren und Laugen — steigt \(c(\ce{H3O+})\), sinkt \(c(\ce{OH-})\).
- Temperatur:Die Autoprotolyse ist endotherm (\(\Delta_r H^\circ \approx +56\,\mathrm{kJ/mol}\)); nach Le Chatelier (2.3.2) steigt \(K_\mathrm{W}\) mit der Temperatur.
Starte die Simulation: Wassermoleküle stoßen ständig zusammen, doch nur selten geht dabei ein Proton über. Verändere die Temperatur mit dem Regler und beobachte, wie viele Ionenpaare gleichzeitig existieren — und wie sich KW im Diagramm verschiebt.
Halte fest: In reinem Wasser entstehen H₃O⁺ und OH⁻ immer paarweise, deshalb gilt c(H₃O⁺) = c(OH⁻). Mit steigender Temperatur wächst KW — das Wasser bleibt trotzdem neutral.
Allgemeine Hinweise
Neutral heißt nicht immer 10⁻⁷
Neutral bedeutet \(c(\ce{H3O+}) = c(\ce{OH-})\). Nur bei 25 °C sind beide \(10^{-7}\,\mathrm{mol/L}\); in warmem Wasser sind beide größer — es ist trotzdem neutral.
Einheit nicht vergessen
\(K_\mathrm{W}\) ist ein Produkt zweier Konzentrationen: Einheit \(\mathrm{mol^2/L^2}\), nicht \(\mathrm{mol/L}\).
Eine Konzentration genügt
Ist \(c(\ce{H3O+})\) bekannt, folgt \(c(\ce{OH-}) = \dfrac{K_\mathrm{W}}{c(\ce{H3O+})}\) — und umgekehrt.