Die Autoprotolyse von Wasser

Bei einer Protolyse handelt es sich allgemein um eine Protonenübertragungsreaktion, bei der ein Proton (H+-Ion) zwischen zwei Reaktionspartnern übertragen wird.  Die Autoprotolyse ist eine spezielle Form der Protolyse und auch die einfachste Form der Protolyse. Dabei läuft die Protolysereaktion zwischen gleichen Teilchen ab.

Die Autoprotolyse von Wasser

Die Protonenübertragungsreaktion zwischen einzelnen Wassermolekülen ist die bekannteste Autoprotolyse. Bei der Autoprotolyse von Wasser erfolgt die Übertragung von Protonen zwischen den einzelnen Wassermolekülen ab, ein anderer Reaktionspartner ist nicht notwendig. Die Autoprotolyse zwischen einzelnen Wassermolekülen, ist daher möglich, da Wasser sogenannte amphotere Eigenschaften besitzt. Einfach ausgedrückt bedeutet dies, dass Wasser gleichzeitig als Säure und als Base reagieren und somit sich “gegenseitig” Protonen übertragen kann.

OH  +  H3O+   =>  2H2O

Die Autoprotolyse ist der Grund, warum auch destilliertes Wasser (gering) elektrisch leitfähig ist. Da die Autoprotolyse eine Gleichgewichtsreaktion ist, liegen im Gleichgewichtszustand nicht nur Wassermoleküle vor, sondern auch Hydroxid-Ionen und Protonen (bzw. H3O+– Ionen vor). Diese geladenen Teilchen (= Ionen) ermöglichen einen Transport von Elektronen, somit einen Stromfluss, was durch die elektrische Leitfähigkeit nachgewiesen werden kann.

Die Konzentration an OH  bzw.  H3O+   in Wasser lässt sich mit Hilfe der Gleichgewichtskonstante (auch als Ionenprodukt des Wassers berechnen), da für die Konstante gilt: K = 10-14 mol² /l² bzw. pK = 14

(Hinweis: wie jede Gleichgewichtskonstante ist auch diese Konstante temperaturabhängig. Nimmt die Temperatur zu, so steigt auch die Konstante, beispielsweise(ungefähr) K = 1,0 · 10 -14 mol² /l² (bei 25°C) und K = 1,5 · 10-14 mol² /l² (bei 30°C). Dies lässt sich damit begründen, dass es sich bei der Neutralisationsreaktion von OH  +  H3O+   um eine exotherme Reaktion handelt und durch Temperaturerhöhung das Gleichgewicht verschoben wird, gemäß Prinzip von LeChatelier)

  • Liegt eine neutraler pH-Wert (pH = 7) vor, so beträgt sowohl die Konzentration an OH  bzw.  H3O+ jeweils 10-7 mol/l
  • Liegt ein saures Milieu vor (pH < 7), so ist die Konzentration an  H3O+  höher als an  OH
  • Liegt ein basisches Milieu vor (pH > 7), so ist die Konzentration an OH   höher als an  H3O+

Da die “Autoprotolyse” in allen wässrigen Lösungen auftritt, kann man immer die Konzentration an H3O+ bzw OH bestimmen, bzw. damit den pH oder pOH-Wert berechnen: Für wässrige Lösungen gilt:  c(OH) · c(H3O+) = 10-14 mol² /l²   bzw   pH + pOH  = 14


Die Autoprotolyse von Wasser – Testfragen/-aufgaben

1. Was versteht man unter der Autoprotolyse von Wasser?

Die Autoprotolyse von Wasser ist ein chemischer Prozess, bei dem ein Wassermolekül ein Proton an ein anderes Wassermolekül abgibt. Dabei entsteht ein Hydronium-Ion (H3O+) und ein Hydroxid-Ion (OH-). Dieser Prozess ist umkehrbar und stellt ein dynamisches Gleichgewicht dar.

2. Formulieren Sie die Gleichung für die Autoprotolyse von Wasser.

Die Reaktionsgleichung der Autoprotolyse von Wasser lautet: 2 H2O ↔ H3O+ + OH-.

3. Welche Bedeutung hat die Autoprotolyse von Wasser für den pH-Wert?

Die Autoprotolyse von Wasser gibt den neutralen pH-Wert von 7 bei 25°C. Bei diesem Wert sind die Konzentrationen von H3O+ und OH- gleich.

4. Was ist das Ionenprodukt des Wassers und wie wirkt es sich auf die Autoprotolyse aus?

Das Ionenprodukt des Wassers (Kw) ist das Produkt der Konzentrationen der Hydronium- und Hydroxid-Ionen. Es ermöglicht die Berechnung der pH- und pOH-Werte einer Lösung.

5. Stellen Sie eine Verbindung zwischen der Autoprotolyse und der Säure-Base-Theorie her.

Die Autoprotolyse von Wasser ist ein Beispiel für eine säure-basen-Reaktion, bei der Wasser sowohl als Säure als auch als Base wirken kann.

6. Bei welcher Temperatur hat das Ionenprodukt des Wassers den Wert 1×10^-14 mol²/l²?

Das Ionenprodukt des Wassers hat den Wert 1×10^-14 mol²/l² bei 25 Grad Celsius.

7. Was passiert mit dem Ionenprodukt des Wassers, wenn die Temperatur steigt?

Wenn die Temperatur steigt, steigt auch das Ionenprodukt des Wassers. Dies bedeutet, dass mehr H3O+ und OH- Ionen gebildet werden.

8. Was wäre der pH-Wert einer Lösung, in der das Hydroxid-Ion die gleiche Konzentration wie das Hydronium-Ion hat?

Wenn Hydroxid-Ion und Hydronium-Ion die gleiche Konzentration haben, dann handelt es sich um reines Wasser oder eine neutrale Lösung mit einem pH-Wert von 7.

9. Erläutern Sie den Einfluss der Autoprotolyse auf den Säuregehalt einer Lösung.

Die Autoprotolyse trägt zur Säurekonzentration einer Lösung bei, da sie das Auftreten von H3O+ Ionen ermöglicht, welche sowohl für saure als auch neutrale Lösungen kennzeichnend sind.

10. Wieso ist die Autoprotolyse von Wasser für das Leben auf der Erde wichtig?

Die Autoprotolyse des Wassers ist für das Leben auf der Erde von entscheidender Bedeutung, da sie dazu beiträgt, den pH-Wert des Blutes und der Körperflüssigkeiten konstant zu halten.

Autor: , Letzte Aktualisierung: 21. Mai 2024
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