Autoprotolyse
Bei der Autoprotolyse reagiert Wasser mit sich selbst. Wie das funktioniert, zeigen wir dir hier und im Video !
Inhaltsübersicht
Autoprotolyse einfach erklärt
Die Autoprotolyse von Wasser ist eine chemische Gleichgewichtsreaktion, bei der Wasser mit sich selbst zu einer Säure und einer Base reagiert. Dafür gibt ein Wassermolekül ein Proton ab, während ein zweites dieses Proton aufnimmt.
Die Autoprotolyse ist also ein Prozess der spontanen und unvollständigen Ionisierung. Bei ihr entstehen aus zwei einfachen Wassermolekülen (H2O) sowohl Oxoniumionen (H3O+) als auch Hydroxidionen (OH–):
H2O + H2O ⇌ H3O+ + OH−
Das heißt, Wasser ist ein Ampholyt, weil die Wassermoleküle sowohl Protonendonatoren (OH–) als auch Protonenakzeptoren (H3O+) sein können.
Das Gleichgewicht dieser Reaktion liegt viel mehr bei den Edukten als bei den Produkten. Es sind also viel mehr H2O Moleküle, als Ionen vorhanden, weshalb Wasser auch nciht ätzend ist.
Übrigens: „Auto-“ in Autoprotolyse bedeutet „mit sich selbst„, da das Wasser eine Säure-Base Reaktion mit sich selbst eingeht.
Autoprotolyse des Wassers — Reaktion
Die Autoprotolyse des Wassers, beziehungsweise die Autodissoziation des Wassers, verläuft wie folgt: Chemisch reines Wasser, also destilliertes Wasser ohne fremde Ionen, reagiert teilweise mit sich selbst.
Ein Wassermolekül gibt dabei ein H+ Proton an ein anderes Wassermolekül ab und wird so zu OH–. Ein zweites Wassermolekül nimmt das abgegebene Proton auf und bildet so H3O+.
Da der Prozess eine Gleichgewichtsreaktion ist, läuft der gesamte Prozess auch rückgängig ab. Es also ständig ein gleichzeitiges hin und her zwischen beiden Zuständen, wobei es immer viel mehr Wassermoleküle gibt.
Anhand der Reaktionsgleichung kannst du erkennen, dass die Autoprotolyse des Wassers ein Verhältnis von 1 : 1 an Oxonium- und Hydroxid-Ionen liefert. Daher bezeichnet man sie als äquimolar. Dies kann in folgender Gleichung ausgedrückt werden, wobei c für die Konzentration steht:
c(H3O+) = c(OH–)
Diese Gleichgewichtsreaktion erfolgt spontan, wenn ein freies Elektronenpaar zur Verfügung steht.
Auch wenn im Wasser immer wieder eine Säure-Base Reaktion stattfindet, ist es nicht ätzend und hat einen pH-Wert von 7. Die Erklärung dafür ist, dass sich die im gleichen Verhältnis liegenden Ionen neutralisieren. Zum anderen liegen viel mehr Wassermoleküle als Ionen vor. Das lässt sich mit dem Massenwirkungsgesetz erklären:
![\[ K = \frac {c(H_3O^+) \cdot c(OH^-)} {c(H_2O) \cdot c(H_2O)} \]](https://d1g9li960vagp7.cloudfront.net/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-84b1c1d92c85d60c5defd9b4f3e557c9_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Die Gleichgewichtskonstante K kannst du durch das Einsetzen der Werte berechnen, oder auch Nachschlagen. Der Wert ist nämlich immer 3,3 ∙ 10-18 mol2/L2. Je kleiner die Konstante, desto mehr liegt das Gleichgewicht auf der Seite der Edukte.
Ionenprodukt des Wassers
Auch wenn die Autoprotolyse immer wieder im Wasser stattfindet, verringert sich die Konzentration der Wassermoleküle nur minimal. Deswegen kannst du davon ausgehen, dass ihre Konzentration konstant ist. Stellst du das Massenwirkungsgesetz um, kannst du das Ionenprodukt des Wassers (KW) aus dem Produkt von c(H3O+) und c(OH−) bilden:
KW = c(H3O+)⋅c(OH−)
Das Ionenprodukt des Wassers ist temperaturabhängig. Bei 25 °C gilt:
KW = c(H3O+)⋅c(OH−) = 1⋅10−14 mol2/L2
Zusammenhang mit dem pH-Wert
Das Ionenprodukt des Wassers ist für ein besseres Verständnis der pH-Skala wichtig. Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus von c(H3O+). Berechnest du den Logarithmus vom gesamten Ionenprodukt, erhältst du folgende Gleichung:
-log(KW)= pH + pOH = 14
Um den pH-Wert von Wasser herauszufinden, musst du also nur den pOH-Wert von 14 abziehen. Da sich die Ionen bei der Autoprotolyse im gleichen Verhältnis bilden, sind beide Werte gleich. Der pH-Wert von Wasser ist also 7. Das bedeutet, Wasser ist pH neutral.
Eigenschaften durch die Autoprotolyse
Durch die Autoprotolyse erhält Wasser folgende Eigenschaften:
-
Leitfähigkeit: Lösungen, die keine Ionen enthalten, können keinen Strom leiten. Durch die Autoprotolyse kann jedoch selbst chemisch reines (destilliertes) Wasser eine geringe Leitfähigkeit aufweisen.
- Säure-Base-Verhalten: Wasser kann sowohl als Säure (Protonendonator) als auch als Base (Protonenakzeptor) reagieren. Das macht Wasser zu einem Ampholyt.
Autoprotolyse — das Wichtigste
-
Die Autoprotolyse von Wasser ist eine chemische Gleichgewichtsreaktion, bei der sich Wasser in geringen Mengen in Wasserstoffionen (H+) und Hydroxidionen (OH–) zerlegt. Der Prozess wird durch die Reaktion von Wasser mit sich selbst angetrieben.
- Die Reaktionsgleichung ist: H2O + H2O ⇌ H3O+ + OH−
- Im Wasser liegen hauptsächlich H2O-Moleküle vor. Deshalb ist das chemische Gleichgewicht stark auf der Seite der Edukte.
- Durch die Autoprotolyse kann Wasser Strom leiten und besitzt ein Säure-Base-Verhalten.
- Das Ionenprodukt des Wassers, welches aus dem Massenwirkungsgesetz hergeleitet werden kann, hilft bei der pH-Wert Berechnung.
Gleichgewichtskonstante
Jetzt weißt du alles über die Autoprotolyse von Wasser. Für die Herleitung des Ionenproduktes ist die Gleichgewichtskonstante (K ) des Massenwirkungsgesetzes von großer Relevanz. Schau dir jetzt ein Video zu dem Thema an, um alles Wichtige dazu zu erfahren. Bis gleich!
