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.

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