Autoprotolyse des Wassers – Dissoziation

Hallo meine Lieben, seid herzlich gegrüßt zu einem neuen Teil aus der Reihe Säuren, heute bereits Teil 12. Bevor wir zum heutigen Thema kommen, Autoprotolyse des Wassers, möchte ich mit euch noch kurz rekapitulieren, was wir in Säuren Teil 11 besprochen haben. Der Säuren Teil 11 bezog sich auf 2 wichtige Bemerkungen betreffs des pH-Wertes. Wir hatten gesagt, in den Videos davor, dass der ph-Wert nach Sörensen definiert ist als der negative dekadische Logarithmus der Konzentration der Wasserstoffionen in einer Lösung. Nun haben wir festgestellt, im vorigen Video, dass dies nicht ganz so stimmt, weil 1. ein nacktes Wasserstoffion, nacktes Proton in der Lösung nicht vorhanden ist. Es wird in der Überlegung substituiert durch ein Hydroniumion, und als 2. Bemerkung hab ich euch gesagt, dass die Konzentration ersetzt werden muss durch die Aktivitäten - streng genommen. Wenn die Lösungen allerdings nicht so sehr konzentriert sind, kann man in guter Näherung nach wie vor mit der obigen Formel arbeiten. Und das wollen wir auch im heutigen Video und auch in Zukunft tun. Wenn nicht anders vereinbart, werden wir weiterhin mit der Konzentration der Wasserstoffionen- und Protonen arbeiten.

So weit so gut, jetzt kommen wir zum eigentlichen Thema. Das Thema des bereits 12. Teils zur Reihe der Säuren lautet: Die Autoprotolyse des Wassers. Ein ganz wichtiges Thema und wird in der Schule auch sehr häufig in Grundkursen behandelt. Wir haben gesagt, dass Wasser sich bezüglich des ph-Wertes neutral verhält. Was heißt neutral? Neutral heißt letztendlich, dass in Wasser eine Konzentration an Wasserstoffionen von 10^-7 Mol/l enthalten sind, das entspricht einem ph-Wert von 7. Das bedeutet somit, dass Wasser selbst dissoziiert. Dann schreiben wir das auf: Wenn ich ein Wassermolekül nehme, H2O, so dissoziiert selbiges in wässriger Lösung H2O in ein positiv geladenes Wasserstoffion und ein negativ geladenes Hydroxidion. Und dieser Prozess läuft hier ab in ganz, ganz kleinen Mengen, aber er läuft ab. Da wir ja schon etwas gebildeter sind, können wir diesen Prozess noch etwas besser schreiben. Und zwar können wir schreiben: H++H2O->H3O+, das alles ebenfalls in wässriger Lösung. Und diesen Prozess kennen wir, er ist uns sehr wohl bekannt. Das ist nämlich die Reaktion eines so genannten nackten Protons mit einem Wassermolekül zu einem Hydroniumion.

Und wenn wir diese beiden Prozesse einmal miteinander vereinigen, so können wir diese beiden Reaktionen aufsummieren, wie wir das auch in der Algebra machen, können wir auch formal hier tun mit diesen beiden chemischen Gleichungen. Und dann sehen wir, wenn wir beide Prozesse hier addieren, so haben wir hier H+ und hier H+, das heißt also, das Wasserstoffion geht hierbei raus. Es passiert Folgendes: Wir haben am Ende H2O+H2O bildet in wässriger Lösung, ja, was denn nun eigentlich? Einmal ein positiv geladenes Hydroniumion H3O+ und schließlich ein negativ geladenes Hydroxidion OH-. Und diesen Prozess bezeichnet man als Autoprotolyse des Wassers.

Es ist natürlich ganz offensichtlich, dass diese Art der Reaktion nur deswegen ablaufen kann, bei Raumtemperatur ohne zusätzliche Energiezugabe, aus dem ganz einfachen Grund, weil wir eine große Menge an Wasser haben und ein gebildetes Wasserstoffion, ein Proton, sich sofort mit einem Wassermolekül verbindet. Unter großer Energieabgabe, 1100 Kilojoule/Mol, das haben wir bereits gelernt. Diesen Prozess bezeichnet man als Autoprotolyse. Und wenn wir uns diesen Prozess einmal angucken vom thermodynamischen Standpunkt, dann können wir sagen Ausgangsstoffe und Reaktionsprodukte schreiben wir hier auf, und zwar die Reaktionsprodukte wären in dem Fall H3O+, eckige Klammern bedeutet Konzentration, ×OH- ÷H2O. Ist gleich eine Konstante. Und eines ist klar, diese Konstante, das ist die Gleichgewichtskonstante, hat einen Wert, der viel, viel kleiner als 1 ist. Wir wollen uns jetzt nicht unbedingt auf diese Konstante konzentrieren, Wir wollen einmal die Konzentration der Hydroniumionen H3O+ angeben. Und das ist die Konzentration formal auch der Wasserstoffionen. Man findet das häufig dann auch als H+, obwohl wir natürlich wissen, dass es keine nackten Protonen gibt. Und diese Konzentration beträgt 10^-7, das haben wir ja vorher schon gelernt, Mol/l.

Und jetzt Preisfrage an alle Beteiligten: Wie groß ist die Konzentration der gebildeten Hydroxidionen? Wenn Wasserstoffionen respektive Hydroniumionen 10^-7 Mol/l sind, dann muss die Konzentration natürlich der Hydroxidionen auch 10^-7 Mol/l betragen. OH- Konzentration=10^-7 Mol/l. Und dieser Prozess der Autoprotolyse ist eine ganz wichtige Sache, da er allen chemischen Reaktionen, die im Wasser ablaufen, die nach dem Säure-Base-Prinzip, also der Abgabe/Aufnahme von Wasserstoffionen funktionieren, und wo dieses Proton, dieses für ein paar Bruchteile von Sekunden nackte Proton, einen Übergang von einem Teilchen zum anderen durchmacht. Das wollte ich sagen, das hat es mit der Autoprotolyse auf sich. Und welche Kosequenzen das hat und wie man den pH-Wert berechnen kann, aus der Konstante K und welche Beziehung es gibt, das erfahren wir in den nächsten Videos. Ich hoffe, es hat euch Spaß bereitet, mir bereitet es ja immer Spaß, wenn ihr Fragen, Anregungen und so weiter habt, meldet euch bei mir. Alles Gute. Tschüss.