Das Chemische Gleichgewicht - Institut für Anorganische Chemie

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2 Säure-Base-Gleichgewichte
2.1 Eigendissoziation des Wassers
H 2 O ist ein schwach amphoterer Elektrolyt (Ampholyt) und kann daher sowohl als Säure,
als auch als Base reagieren. Die Dissoziation erfolgt in hydratisierte H + und OH – -Ionen.
H 2 O ⇌ H + + OH –
Für reinstes Wasser gilt bei 298 K (25°C): K = [H+ ][OH − ]
[H 2 O]
Das Gleichgewicht liegt hierbei so weit auf der Seite des Edukts, dass die Konzentration
von H 2 O durch die Autoprotolyse nicht beeinflusst wird.
c(H 2
O) ≡ [H 2
O] = n V
mol
(Einheit:
l
)
1l H 2
O ≈ 1000g; 1 mol H 2
O ≈ 18g ⇒ 1l H 2
O = 1000g H 2
O = 55, 52 mol H 2
O
[H 2
O] = 55, 52 mol ≈ const. ⇒ K = [H+ ]⋅[OH − ]
[H 2 O]
⇒ K ⋅ [H 2
O] = [H + ] ⋅ [OH − ]
K ⋅ [H 2
O] = K W = [H + ] ⋅ [OH − ] K W = 10 −14 mol 2
l 2
H + - und OH – -Ionen entstehen hierbei immer im gleichen Verhältnis (⇒ [H + ] = [OH – ])
woraus sich folgende Konzentrationen von H + und OH – in Wasser ergeben:
K W = [H + ] ⋅ [OH − ] = [H + ] 2 = [OH − ] 2 ⇒ [H + ] = [OH − ] = √ K W = 10 −7 mol
l
K W wird als das Ionenprodukt des Wassers bezeichnet.
Vereinfachungen:
1. Für die Angabe der Konstanten werden die 10er Logarithmen verwendet, das heißt
für K W = 10 −14 ergibt sich log(K W ) = −14
2. In wässriger Lösung sind die Konzentrationen meist kleiner als 1 mol
l
, ebenso sind die
Dissoziationskonstanten überwiegend < 1, daher ist der log(K) < 0, und deswegen
wird auch das (−)-Zeichen abgekürzt.
Schreibweise: − log(K W ) = 14 = pK W bzw. generell − log(K x ) = pK x
So gilt für reines Wasser (unabhängig von der Menge extern zugegebener H + - und
OH – -Ionen):
K W = [H + ] ⋅ [OH − ] ⇒ − log(K W ) = − log([H + ] ⋅ [OH − ]) ⇒ − log(K W ) =
− log[H + ] − log[OH − ] ⇒ pK W = pH + pOH.
analog: K W = [H + ] ⋅ [OH − ] = [H + ] 2 = [OH − ] 2 ⇒ − log(K W ) = − log[H + ] 2 = − log[OH − ] 2 ⇒
pK W = 2 pH = 2 pOH ⇒ pH = pOH = 1 2 pK W (= 7)
Die Autoprotolyse ist ein endothermer Prozess, d.h. die Temperaturabhängigkeit der
Gleichgewichtskonstanten ist dahingehend, dass K W bei steigender Temperatur größer wird.