Hydroxid ist das negativ geladene Ion und besteht aus einem Sauerstoff- und einem Wasserstoffatom. In Wasser ( ) liegt Hydroxid als Hydroxidion vor und entsteht zum Beispiel, wenn Wasser ein Proton abgibt oder wenn Basen in Wasser -Ionen bilden.

Was ist ein Hydronium-Ion?

Ein Hydronium-Ion ist das Oxoniumion , also ein Wassermolekül (), das ein zusätzliches Proton aufgenommen hat. In wässrigen Lösungen meint praktisch immer , weil freie Protonen sofort an Wassermoleküle gebunden werden.

Was ist das Massenwirkungsgesetz?

Das Massenwirkungsgesetz beschreibt für eine Gleichgewichtsreaktion den Zusammenhang zwischen den Konzentrationen der Produkte und Edukte im Gleichgewicht. Dafür bildet man einen Quotienten aus den Konzentrationen, wobei jede Konzentration mit ihrer stöchiometrischen Zahl als Exponent eingeht. Dieser Quotient ist konstant und heißt Gleichgewichtskonstante .

Was ist das Ionenprodukt des Wassers?

Das Ionenprodukt des Wassers ist die Konstante für die Autoprotolyse von Wasser () und entspricht dem Produkt aus und . Bei gilt , daher liegt in reinem Wasser jeweils etwa vor.

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Ionenprodukt des Wassers

Wichtige Inhalte in diesem Video

Ionenprodukt des Wassers einfach erklärt

(00:14)

Ionenprodukt

(00:39)

Ionenprodukt des Wassers

(01:26)

Ionenprodukt des Wassers Herleitung

(02:17)

Bedeutung des Ionenprodukts des Wassers

(04:47)

Was das Ionenprodukt des Wassers ist und welche Bedeutung es für die pH-Skala hat, zeigen wir dir in diesen Beitrag.

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Inhaltsübersicht

Ionenprodukt des Wassers einfach erklärt

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(00:14)

Das Ionenprodukt des Wassers ist das Produkt der jeweiligen Konzentrationen von Oxonium- und Hydroxidionen in reinem Wasser. Das Ionenprodukt ist eine Anwendung des Massenwirkungsgesetzes auf die Autoprotolyse-Reaktion von Wasser.

Merke

Die Formel zum Ionenprodukt des Wassers $K_{W}$ lautet:

$K_{W} = c(\text{H\textsubscript{3}O\textsuperscript{+}}) \cdot c(\text{OH\textsuperscript{-}})$

Dabei ist $c(\text{H\textsubscript{3}O\textsuperscript{+}})$ ist Konzentration der Oxoniumionen und $c(\text{OH\textsuperscript{-}})$ die Konzentration der Hydroxidionen in reinem Wasser.

Ionenprodukt

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(00:39)

Allgemein gesagt ist das Ionenprodukt ist das Produkt der Stoffmengenkonzentrationen der sich in einer Lösung befindenden Ionen. Falls diese Lösung gesättigt ist, spricht man anstatt des Ionenproduktes vom sogenannten Löslichkeitsprodukt . Bei Salzen kann das Löslichkeitsprodukt sehr wichtige Informationen über deren Löslichkeit geben. Das Ionenprodukt spielt allerdings auch bei reinem Wasser eine wichtige Rolle, denn es hilft dir, die pH-Skala zu verstehen. Auf das Ionenprodukt des Wassers wollen wir deshalb genauer eingehen.

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Ionenprodukt des Wassers

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(01:26)

Zu einem geringen Teil reagiert Wasser mit sich selbst und bildet dabei Oxonium- (H₃O⁺bzw. H⁺) und Hydroxidionen (OH^–). Diesen Vorgang nennt man Eigendissoziation oder Autoprotolyse. Für die Reaktion kannst du folgende Reaktionsgleichung formulieren:

$\text{2 H\textsubscript{2}O} \rightleftharpoons \text{H\textsubscript{3}O\textsuperscript{+}} + \text{OH\textsuperscript{-}}$

Oxonium- und Hydroxidionen sind verantwortlich für die Eigenschaften vieler Säuren und Basen . Da diese Ionen in Wasser jeweils im gleichen Umfang vorhanden sind, kann Wasser gleichzeitig als eine sehr schwache Säure und eine sehr schwache Base wirken. Solche Stoffe werden als amphotere Stoffe bezeichnet.

Die Formel für das Ionenprodukt des Wassers leitet sich vom Massenwirkungsgesetz ab und lautet wie folgt:

$K_{W} = c(\text{H\textsubscript{3}O\textsuperscript{+}}) \cdot c(\text{OH\textsuperscript{-}})$

Ionenprodukt Wasser, Autoprotolyse, Eigendissoziation, Hydroxidionen, Oxoniumionen — Ionenprodukt des Wassers

Ionenprodukt des Wassers Herleitung

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(02:17)

Die Herleitung des Ionenproduktes des Wassers kannst du ganz leicht selbst nachvollziehen. Dazu musst du zunächst für die oben gezeigte Reaktionsgleichung die entsprechende Gleichgewichtskonstante in Form der einzelnen Konzentrationen der Produkte und Edukte ausdrücken. Du wendest dafür das Massenwirkungsgesetz an:

$K = \frac{c(\text{H\textsubscript{3}O\textsuperscript{+}}) \cdot c(\text{OH\textsuperscript{-}})}{(c(\text{H\textsubscript{2}O}))^{2}}$

Multiplizierst du diese Gleichung auf beiden Seiten mit dem Nenner $(c(\text{H\textsubscript{2}O}))^{2}$ , erhältst du:

$K \cdot (c(\text{H\textsubscript{2}O}))^{2} = c(\text{H\textsubscript{3}O\textsuperscript{+}}) \cdot c(\text{OH\textsuperscript{-}})$

Jetzt musst du folgendes beachten: Zum allergrößten Teil besteht Wasser aus H₂O-Molekülen und nicht aus Oxonium- und Hydroxidionen. Das Gleichgewicht der Autoprotolyse-Reaktion liegt also ganz weit auf der Eduktseite. Das bedeutet, dass sich die Konzentration der H₂O-Moleküle durch die Reaktion praktisch nicht ändert.

Weil die Konzentrationsänderung ist vernachlässigbar ist, kannst du $(c(\text{H\textsubscript{2}O}))^{2}$ als eine Konstante betrachten. Das Produkt der beiden Konstanten und $(c(\text{H\textsubscript{2}O}))^{2}$ wird als das Ionenprodukt des Wassers $K_{W}$ bezeichnet.

$K_{W} = c(\text{H\textsubscript{3}O\textsuperscript{+}}) \cdot c(\text{OH\textsuperscript{-}})$

Bei Raumtemperatur (25 °C) und einem Druck von 1 bar besitzt $K_{W}$ den Wert 1,0 · 10^-14 mol²/l². Da in Wasser genauso viele Oxonium- wie Hydroxidionen nebeneinander vorliegen, sind deren Konzentrationen $c(\text{H\textsubscript{3}O\textsuperscript{+}})$ und $c(\text{OH\textsuperscript{-}})$ gleich. Da sich der Wert von $K_{W}$ aus der Multiplikation von $c(\text{H\textsubscript{3}O\textsuperscript{+}})$ und $c(\text{OH\textsuperscript{-}})$ ergibt, gilt:

$c(\text{H\textsubscript{3}O\textsuperscript{+}}) = c(\text{OH\textsuperscript{-}}) = 1,0 \cdot 10^{-7}\,\text{mol/l}$

An dieser Stelle muss erwähnt werden, dass das Gleichgewicht von chemischen Reaktionen von der Temperatur abhängig ist. Das ist auch bei der Eigendissoziation von Wasser der Fall. Aus diesem Grund ist auch der Wert des Ionenproduktes $K_{W}$ temperaturabhängig. Dieser steigt mit zunehmender Temperatur etwas und liegt zum Beispiel bei 50 °C bei 5,5 · 10^-14 mol²/l².

Ionenprodukt Wasser Herleitung, Massenwirkungsgesetz Wasser, Autoprotolyse, Autoprotolyse-Reaktion, Hydroxidionen, Oxoniumionen — Ionenprodukt des Wassers Herleitung

Bedeutung des Ionenprodukts des Wassers

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(04:47)

Der Wert der Konzentration der Oxoniumionen in reinem Wasser definiert einen wichtigen Punkt auf der pH-Skala: Wenn die Konzentration der Oxoniumionen $c(\text{H\textsubscript{3}O\textsuperscript{+}})$ in einer wässrigen Lösung den Wert 1,0 · 10^-7 mol/l besitzt, ist die Lösung neutral. Den entsprechenden pH-Wert einer neutralen Lösung erhältst du durch Einsetzen in die entsprechende Formel:

$\text{pH} = - \lg (c(\text{H\textsubscript{3}O\textsuperscript{+}})) = - \lg (1,0 \cdot 10^{-7}) = 7$

Der pH-Wert einer neutralen Lösung liegt also bei 7. Lösungen mit einem pH-Wert unter 7 sind sauer. Umgekehrt sind Lösungen mit einem pH-Wert über 7 basisch.

Die Formel zur Berechnung des pH-Wertes erklären wir dir noch einmal genauer in einem anderen Video .

Ionenprodukt des Wassers — häufigste Fragen

(ausklappen)

Was ist Hydroxid?

Hydroxid ist das negativ geladene Ion $\text{OH}^-$ und besteht aus einem Sauerstoff- und einem Wasserstoffatom. In Wasser ( $\text{H}_2\text{O}$ ) liegt Hydroxid als Hydroxidion $\text{OH}^-$ vor und entsteht zum Beispiel, wenn Wasser ein Proton abgibt oder wenn Basen in Wasser $\text{OH}^-$ -Ionen bilden.
Was ist ein Hydronium-Ion?

Ein Hydronium-Ion ist das Oxoniumion $\text{H}_3\text{O}^+$ , also ein Wassermolekül ( $\text{H}_2\text{O}$ ), das ein zusätzliches Proton aufgenommen hat. In wässrigen Lösungen meint $\text{H}^+$ praktisch immer $\text{H}_3\text{O}^+$ , weil freie Protonen sofort an Wassermoleküle gebunden werden.
Was ist das Massenwirkungsgesetz?

Das Massenwirkungsgesetz beschreibt für eine Gleichgewichtsreaktion den Zusammenhang zwischen den Konzentrationen der Produkte und Edukte im Gleichgewicht. Dafür bildet man einen Quotienten aus den Konzentrationen, wobei jede Konzentration mit ihrer stöchiometrischen Zahl als Exponent eingeht. Dieser Quotient ist konstant und heißt Gleichgewichtskonstante .
Was ist das Ionenprodukt des Wassers?

Das Ionenprodukt des Wassers ist die Konstante für die Autoprotolyse von Wasser ( $\text{H}_2\text{O}$ ) und entspricht dem Produkt aus $c(\text{H}_3\text{O}^+)$ und $c(\text{OH}^-)$ . Bei $25{,}0\,^\circ\text{C}$ gilt $K_W \approx 1{,}0 \cdot 10^{-14}\,\frac{\text{mol}^2}{\text{L}^2}$ , daher liegt in reinem Wasser jeweils etwa $10^{-7}\,\frac{\text{mol}}{\text{L}}$ vor.

Säure-Base-Reaktionen verstehen

Das Ionenprodukt des Wassers gehört zu den Säure-Base-Reaktionen und ist wichtig für den pH-Wert in wässrigen Lösungen. Wer sich mit Säure-Base-Reaktionen beschäftigt, ordnet Teilchen wie Oxoniumionen und Hydroxidionen ein und vergleicht saure, neutrale und basische Lösungen. So wird klar, wie Konzentrationen und Gleichgewichte die Eigenschaften einer Lösung bestimmen. Im Chemiebereich findest du passende Videos zu diesem und verwandten Themen.

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