Autoprotolyse: Unterschied zwischen den Versionen

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Wirklich reines Wasser gibt es nicht. Selbst mehrfach destilliertes Wasser enthält immer noch Fremdteilchen, z. B. aus der Glaswand des Destillationskolbens und aus der Luft aufgenommenes CO<sub>2</sub>.
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Aber selbst wenn es uns gelingen würde, absolut reines Wasser herzustellen, würden selbst dort [[Ionen]] in geringer Konzentration vorliegen.   
 
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== Die chemische Reaktion der Autoprotolyse ==
 
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Ein Wassermolekül wirkt also als Säure, ein Anderes als Base, d. h. eines von zwei Wassermolekülen gibt dem benachbarten [[Molekül]] ein [[Proton]] ab, welches von diesem Wassermolekül aufgenommen wird.
 
Ein Wassermolekül wirkt also als Säure, ein Anderes als Base, d. h. eines von zwei Wassermolekülen gibt dem benachbarten [[Molekül]] ein [[Proton]] ab, welches von diesem Wassermolekül aufgenommen wird.
 
   
 
   
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Nach dieser chemischen Reaktion erhalten wir dann ein Oxonium-Ion (H<sub>3</sub>0<sup>+</sup>, das Oxonium-Ion zieht aufgrund seiner positiven Ladung Wasser-Moleküle an und erhällt so eine Hydrathülle - nach diesem Vorgang wird es als Hydronium-Ion bezeichnet), welches aufgrund seiner Ladung das ebenfalls neu gebildete Hydroxid-Ion (OH<sup>-</sup>) anzieht.
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Nach diesem ersten Schritt zieht das Proton aufgrund seiner positiven Ladung Wasser-Moleküle an und es entsteht das '''[[Oxonium]]-Ion''' (H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>, veraltet auch als ''Hydronium'' oder ''Hydroxonium-Ion'' bezeichnet), welches aufgrund seiner Ladung das ebenfalls neu gebildete Hydroxid-Ion (OH<sup>-</sup>) anzieht.
  
 
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== Das Massenwirkungsgesetz ==
 
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Ein [[Mol]] hat die Masse von 18 g und ein Liter Wasser besitzt bei 25°C die Masse von 997 g. Daraus folgt, dass ein Liter Wasser 55,4 mol Wasser-Moleküle enthält. Die Wassermolekül-Konzentration beträgt also 55,4 mol/L. Die Konzentration der Hydroxid- und Oxonium[[ionen]] beträgt jeweils 10<sup>-7</sup>mol/L.
  
 
Wir setzen diese Werte nun in das [[Massenwirkungsgesetz]] ein (Erinnerung: die Konzentrationen der Ausgangsstoffe unter den Bruchstrich und die [[Konzentration]] der Produkte über dem Bruchstrich).
 
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Die Wasserkonzentration in einer verdünnten Lösung beträgt immer 55,55 mol/L. Daher lässt sich die Gleichung des Massenwirkungsgesetzes umformen:
 
Die Wasserkonzentration in einer verdünnten Lösung beträgt immer 55,55 mol/L. Daher lässt sich die Gleichung des Massenwirkungsgesetzes umformen:
  
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K = (H<sub>2</sub>O)<sup>2</sup> = K<sub>w</sub> = c(H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>) <b>·</b> c(OH<sup>-</sup>) = 10<sup>-14</sup>mol<sup>2</sup> <b>·</b> L<sup>-2</sup>
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K = (H<sub>2</sub>O)<sup>2</sup> = K<sub>w</sub> = ''c''(H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>) <b>·</b> ''c''(OH<sup>-</sup>) = 10<sup>-14</sup>mol<sup>2</sup> <b>·</b> L<sup>-2</sup>
  
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Diese Gleichung dient zur Berechnung des Ionenproduktes, welches konstant bleibt und daher 10<sup>-14</sup> ergeben muss, da die Konzentration der Hydroxid-[[Ionen]] und Hydronium-[[Ionen]] jeweils 10<sup>-7</sup> mol/L ergeben muss.
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Diese Gleichung dient zur Berechnung des Ionenproduktes, welches konstant bleibt und daher 10<sup>-14</sup> ergeben muss, da die Konzentration der Hydroxid-[[Ionen]] und Oxonium-[[Ionen]] jeweils 10<sup>-7</sup> mol/L ergeben muss.
  
 
== Der pH-Wert, der pOH-Wert und der pK<sub>w</sub>-Wert ==
 
== Der pH-Wert, der pOH-Wert und der pK<sub>w</sub>-Wert ==
  
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Der pH-Wert wird also aus der Konzentration der Oxonium-[[Ionen]] bestimmt, während man den pOH-Wert über die Hydroxid-[[Ionen]] ermittelt. Der pKw-Wert ist die Summe des pH-Wertes und des pOH-Wertes.
  
 
Bei einem Temperaturunterschied verändert sich das Ionenprodukt K<sub>w</sub> sowie die Gleichgewichtskonstante K.
 
Bei einem Temperaturunterschied verändert sich das Ionenprodukt K<sub>w</sub> sowie die Gleichgewichtskonstante K.
  
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== Aufgabe zur Berechnung der Konzentration der Oxonium- und Hydroxid-Ionen ==
  
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Eine verdünnte Säure-Lösung besitzt den pH-Wert 3,2. Wie groß sind die Konzentrationen der Hydronium-Ionen und der Hydroxid-Ionen?
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Eine verdünnte Säure-Lösung besitzt den pH-Wert 3,2. Wie groß sind die Konzentrationen der Oxonium-Ionen und der Hydroxid-Ionen?
  
 
gegeben: pH-Wert: 3,2
 
gegeben: pH-Wert: 3,2
  
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Konzentration der Hydronium-Ionen: 10<sup>-3,2</sup>  da  [[Bild:PH texstring.png ]]
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Konzentration der Hydroxid-Ionen: 10<sup>-10,8</sup>  da  [[Bild:POH_texstring.png ]]
 
Konzentration der Hydroxid-Ionen: 10<sup>-10,8</sup>  da  [[Bild:POH_texstring.png ]]
  
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== Quellen ==
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*http://chimge.unil.ch/De/ph/1ph4.htm
 
*http://chimge.unil.ch/De/ph/1ph4.htm
 
*http://www.chemieseite.de/anorganisch/node28.php
 
*http://www.chemieseite.de/anorganisch/node28.php
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[[Kategorie:Chemie]]
 
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Aktuelle Version vom 27. Februar 2016, 00:23 Uhr

Autoprotolyse
vernetzte Artikel
Säure-Base-Reaktionen Brönsted-Theorie

Was versteht man unter Autoprotolyse?

Bestimmte Stoffe, die sowohl als Säure als auch als Base reagieren können nennt man Ampholyte. Einige dieser Stoffe reagieren auch als Säure und als Base mit sich selbst - sie protolysieren. Das bekannteste Beispiel hierfür ist das Wasser.

Wenn eine Flüssigkeit eine elektrische Leitfähigkeit besitzt, so müssen in dieser Flüssigkeit Ionen (Atome die eine Ladung besitzen) vorliegen, durch deren Wanderung der Stromtransport stattfinden kann.

Wirklich reines Wasser gibt es nicht. Selbst mehrfach destilliertes Wasser enthält immer noch Fremdteilchen, z. B. aus der Glaswand des Destillationskolbens und aus der Luft aufgenommenes CO2. Aber selbst wenn es uns gelingen würde, absolut reines Wasser herzustellen, würden selbst dort Ionen in geringer Konzentration vorliegen.

Diese Ionen entstehen durch Protonenübertragung von einem Wassermolekül zum anderen. Dieser Vorgang wird als Autoprotolyse bezeichnet (von griech. autos = "selbst").

Die chemische Reaktion der Autoprotolyse

Ein Wassermolekül wirkt also als Säure, ein Anderes als Base, d. h. eines von zwei Wassermolekülen gibt dem benachbarten Molekül ein Proton ab, welches von diesem Wassermolekül aufgenommen wird.

Nach diesem ersten Schritt zieht das Proton aufgrund seiner positiven Ladung Wasser-Moleküle an und es entsteht das Oxonium-Ion (H3O+, veraltet auch als Hydronium oder Hydroxonium-Ion bezeichnet), welches aufgrund seiner Ladung das ebenfalls neu gebildete Hydroxid-Ion (OH-) anzieht.

Formel 10.gif

Das Massenwirkungsgesetz

Für Wasser gilt: Die Konzentration c der Oxonium- und Hydroxidionen liegt bei 25°C bei je 10-7mol/L.

Das Gleichgewicht dieser Reaktion liegt daher stark auf der linken Seite der Reaktion.

Auf das Protolysegleichgewicht lässt sich das Massenwirkungsgesetz anwenden:

Texstring.png

Ein Mol hat die Masse von 18 g und ein Liter Wasser besitzt bei 25°C die Masse von 997 g. Daraus folgt, dass ein Liter Wasser 55,4 mol Wasser-Moleküle enthält. Die Wassermolekül-Konzentration beträgt also 55,4 mol/L. Die Konzentration der Hydroxid- und Oxoniumionen beträgt jeweils 10-7mol/L.

Wir setzen diese Werte nun in das Massenwirkungsgesetz ein (Erinnerung: die Konzentrationen der Ausgangsstoffe unter den Bruchstrich und die Konzentration der Produkte über dem Bruchstrich).

K texstring.png

Das Produkt der Oxonium-Ionen und der Hydroxid-Ionen muss immer gleich sein.

Wenn die Konzentration der Hydroxid-Ionen z.B. von 10-7 auf 10-4 erhöht wird, so nimmt auch automatisch die Konzentration der Hydroxid-Ionen von 10-7 auf 10-10 ab, da das Produkt beider Konzentrationen immer konstant 10-14 ergibt.

Das Ionenprodukt

Die Wasserkonzentration in einer verdünnten Lösung beträgt immer 55,55 mol/L. Daher lässt sich die Gleichung des Massenwirkungsgesetzes umformen:

K = (H2O)2 = Kw = c(H3O+) · c(OH-) = 10-14mol2 · L-2

Diese Gleichung dient zur Berechnung des Ionenproduktes, welches konstant bleibt und daher 10-14 ergeben muss, da die Konzentration der Hydroxid-Ionen und Oxonium-Ionen jeweils 10-7 mol/L ergeben muss.

Der pH-Wert, der pOH-Wert und der pKw-Wert

Anhand der Hydroxid-Ionen und der Oxonium-Ionen lässt sich auch der pH-Wert, der pOH-Wert und der pKw-Wert durch folgende Formeln ermitteln:

PH texstring.png 

POH texstring.png 

PKw texstring.png

Der pH-Wert wird also aus der Konzentration der Oxonium-Ionen bestimmt, während man den pOH-Wert über die Hydroxid-Ionen ermittelt. Der pKw-Wert ist die Summe des pH-Wertes und des pOH-Wertes.

Bei einem Temperaturunterschied verändert sich das Ionenprodukt Kw sowie die Gleichgewichtskonstante K.

Aufgabe zur Berechnung der Konzentration der Oxonium- und Hydroxid-Ionen

Eine verdünnte Säure-Lösung besitzt den pH-Wert 3,2. Wie groß sind die Konzentrationen der Oxonium-Ionen und der Hydroxid-Ionen?

gegeben: pH-Wert: 3,2

gesucht: c(H3O+) und c(OH-)

Rechnung: uns ist bekannt-> pH-Wert: 3,2 (einsetzen in die Formel) 3,2 + pOH =14 ---> pOH = 10,8

Lösung:

Konzentration der Oxonium-Ionen: 10-3,2 da PH texstring.png

Konzentration der Hydroxid-Ionen: 10-10,8 da POH texstring.png

Im Chemiebuch ...
findest Du weitere Informationen
zum Thema Autoprotolyse:
Chemie FOS-T

auf Seite
147

Chemie heute

auf Seite
110

Elemente Chemie

auf Seite
202

Weblinks

Trinity3000 & Runzel

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