Autoprotolyse des Wassers, Ionenprodukt des Wasser und pH-Wert

Autoprotolyse des Wassers

Selbst reinstes destilliertes Wasser hat noch eine geringe elektrische Leitfähigkeit. Dies haben äußerst genaue Messungen ergeben. Daher liegt der Schluss nahe, dass im Wasser Ionen enthalten sind. Diese Ionen sind Oxonium-Ionen (H₃O⁺) und Hydroxid-Ionen (OH^-). Im Wasser herrscht also folgendes chemisches Gleichgewicht:
H₂O + H₂O <=> H₃O⁺ + OH^-
Wenn man nun das Massenwirkunsgesetz auf diese Reaktion anwendet, so erhält man:
$K=\frac {c(H_{3}O^{+})*c(OH^{-})}{c^2(H_2O)}$
Wobei Leitfähigkeitsmessungen ergaben: K_w=3,258x10^-18. An dem sehr kleinen Zahlenwert lässt sich erkennen, dass das Gleichgewicht sehr stark auf der Edukt-Seite der Reaktion liegt, d.h. die Rückreaktion (Neutralisationsreaktion) findet vermehrt statt. Die Konzentration des Wassers ist Konstant und liegt bei 55.398 mol/l. Man multipliziert die Konzentration des Wassers zum Quadrat in die Gleichgewichtskonstante und erhält eine neue Konstante K_w
$K_{w}^{ }=c^2(H_{2}O)*K=c(H_{3}O^{+})*c(OH^{-})$
Durch einsetzen der konkreten Zahlen für K und die Konzentration des Wassers erhält man:
$K_w=3,258*10^{-18}*(55,398 mol/l)^2=10^{-14} mol^2/l^2$
Durch Anwendung der Logarithmus-Gesetze und die Definition des pH-Wertes/pOH-Wertes ergibt sich:
$pH+pOH=14$