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Autoprotolyse des Wassers

Konvention: Für das hydratisierte Proton wird i. A. H+ geschrieben! qsb2
Aktivität: In der physikalischen Chemie tritt die Aktivität an die Stelle der „wahren“ Konzentration und drückt demgegenüber die „wirksame“ Konzentration von Atomen, Ionen oder Molekülen aus, d.h. sie ist das Konzentrationsmaß, das in die für ideale Mischungen und Lösungen abgeleiteten Gesetze (wie z.B. das Massenwirkungsgesetz) einzusetzen ist, damit sich diese auch dann anwenden lassen, wenn in dem betreffenden System kein ideales Verhalten (z.B. in mäßig verdünnten Elektrolytlösungen infolge der gegenseitigen Wechselwirkungen der Ionen) mehr vorliegt. Den Anteil der „wirksamen“ an der Gesamtzahl der vorhandenen Atome, Ionen oder Moleküle gibt der Aktivitätskoeffizient f an.
Oder anders ausgedrückt:
In einer idealen Mischphase ist die Summe der Wechselwirkungen zwischen den Komponenten gleich der in den reinen Stoffen. In realen Mischungen treten zusätzliche Wechselwirkungen auf, die zu Abweichungen in allen Gesetzen führen, welche unter den Bedingungen idealen Verhaltens abgeleitet wurden (so auch das Massenwirkungsgesetz).
Daher kann man das Massenwirkungsgesetz für die Autoprotolyse des Wassers wie rechts angegeben formulieren.
Aus der sehr niedrigen elektrischen Leitfähigkeit reinen Wassers kann man schlußfolgern, daß das Gleichgewicht der Autoprotolyse des Wassers weitgehend auf der Seite des reinen Wassers liegt. Das bedeutet weiterhin, das man die Aktivität des reinen Wassers gleich 1 setzen kann. Daraus resultiert das Ionenprodukt Kw des Wassers.
Da in das Ionenprodukt nur OH und H3O+ sowie H2O eingehen, bleibt das Ionenprodukt des Wassers auch bei Zugabe anderer Stoffe (Säuren oder Basen konstant). Bei 22°C ist Kw = 1,0 * 10-14 mol2*l-2. Dabei kann sich jedoch die Aktivität der H3O+ bzw. OH– Ionen in einem großen Bereich ändern. Es gilt somit für saure Lösungen aH+ > aOH- und für basische Lösungen dementsprechend aOH- > aH+.
Zur besseren Beschreibung des Charakters verdünnter wäßriger Lösungen wurde der pH-Wert eingeführt:
pH = -lg aH+

Ananlog kann man den pOH- Wert und pKW- Wert definieren.

pOH = -lg aOH-
pKw = -lg Kw

Da das Ionenprodukt des Wasser temperaturabhängig ist, gilt für den pH- Wert des reinen Wassers:

18°C ->>> pH = 7,07
22°C ->>> pH = 7,00
100°C ->>> pH = 6,07

Weiterhin gilt für den sauren bzw. basischen Charakter einer Lösung (bei 22°C ) folgende grobe Einteilung:

saure Lösung: [H+] > 10-7 mol*l-1 ->>> pH < 7
neutrale Lösung: [H+] = 10-7 mol*l-1 ->>> pH = 7
basische Lösung:[H+] < 10-7 mol*l-1 ->>> pH > 7

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