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Autoprotolyse des Wassers – Dissoziation

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Die Autor*innen
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André Otto
Autoprotolyse des Wassers – Dissoziation
lernst du in der 12. Klasse - 13. Klasse

Grundlagen zum Thema Autoprotolyse des Wassers – Dissoziation

In diesem Video wird dir die Autoprotolyse des Wasser erläutert. Ausgehend von der pH-Wert Skala und der Aussage, dass eine neutrale Lösung wie Wasser einen pH-Wert von 7 hat, heißt das, dass ich in einer neutralen Lösung Hydronium-Ionen vorhanden sein müssen. Diese kommen aus der Dissoziation des Wassers. Das Wasser ist dabei in einem Gleichgewicht zwischen Wassermolekülen und Hydronium- sowie Hydroxid-Ionen. Dabei werden die Protonen durch Wassermoleküle energetisch stabilisiert und es ergibt sich die Gleichgewichtskonstante für die Autoprotolyse des Wasser. Wenn du mehr dazu erfahren willst, dann schau dir das Video an.

Transkript 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.

15 Kommentare

15 Kommentare
  1. Warum gibt es keine Übersicht, in der ich alle Videos dieser Reihe in der richtigen Reihenfolge finden kann? Bitte um aufeinander aufbauende Playlists.

    Von Hatira20, vor etwa 3 Jahren
  2. Müsste das Video nicht eigentlich Teil 1 zu dem Thema "pH-Wert Berechnung sein?

    Von Joel A., vor mehr als 3 Jahren
  3. Hallo,
    gibt es irgendwo eine Übersicht, in der ich alle Videos dieser Reihe in der richtigen Reihenfolge finden kann?
    lG
    Laura

    Von Laurao 2, vor fast 4 Jahren
  4. Hallo,
    ich weiß nicht wer "wir" ist und um welche Klassenstufe es sich handelt.
    Beide Begriffe sind verwendbar. Oxonium ist eigentlich der Oberbegriff für Ionen mit einfacher positiver Ladung am Sauerstoff - Atom und mit drei Gruppen, z. B. Alkyl - Gruppen. Sind die drei Gruppen jeweils H, ist Hydronium logischer. Laut Nomenklatur soll der Begriff nicht verwendet werden. Wähle die Bezeichnung, die dir in der Ausbildung genannt wird.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor etwa 4 Jahren
  5. Hallo, du hast die Ionen die wir Oxonium-Ionen nennen , Hydroniumionen genannt. Kann man Beide namen verwenden?

    Von Alexandra I., vor etwa 4 Jahren
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Autoprotolyse des Wassers – Dissoziation Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Autoprotolyse des Wassers – Dissoziation kannst du es wiederholen und üben.
  • Definiere den pH-Wert.

    Tipps

    Der pH-Wert berechnet sich aus der Konzentration der Hydronium-Ionen.

    Lösung

    Die Protolysereaktion ist eine Reaktion mit Protonenübergang. Nimmt Wasser daran teil, entstehen Hydronium- oder Hydroxid-Ionen. Diese Ionen machen den basischen und sauren Charakter einer Lösung aus. Um diesen klar benennen zu können, gibt es den pH-Wert. Er gibt der Konzentration einen einfachen Zahlenwert. Der pH-Wert wird berechnet als negativer dekadischer Logarithmus aus der Konzentration der Hydronium-Ionen.

    Als mathematische Formel sieht das wie folgt aus : $pH= -lg~c({H_3O}^+)$.

  • Nenne die Konzentrationen der durch Autoprotolyse entstandenen Ionen in neutralem Wasser.

    Tipps

    Die Konzentrationen der zwei Ionen in neutralem Wasser sind gleich hoch.

    Reines Wasser enthält Hydronium- und Hydroxid-Ionen.

    Lösung

    Durch die Autoprotolyse des Wassers entstehen im elektrisch neutralen Wasser zwei verschiedene Ionen. Das sind Hydronium-Ionen ${H_3O}^+$ und Hydroxid-Ionen ${OH}^-$. Sie entstehen durch den Übergang eines Protons von einem Wassermolekül zu einem anderen. In neutralem Wasser sind die Konzentrationen dieser Ionen genau gleich. Im Sauren überwiegen die Hydronium-Ionen und im Basischen die Hydroxid-Ionen.

  • Entscheide, welche Reaktionsgleichung die Autoprotolyse des Wassers beschreibt.

    Tipps

    Ausgangsstoff für die Autoprotoyse ist Wasser.

    Überprüfe, ob auf beiden Seiten des Reaktionspfeils gleich viele Atome derselben Sorte vorhanden sind.

    Lösung

    Die Autoprotolyse ist eine Reaktion, bei der ein Proton von einem auf ein anderes Wassermolekül überwechselt. Es entstehen so aus zwei Wassermolekülen ein Hydronium-Ion und ein Hydroxid-Ion. Die Reaktionsgleichung lautet:

    $2~H_2O \to {H_3O}^+ + {OH}^-$.

    Um sicher zu gehen, dass die Reaktionsgleichung stimmt, solltest du immer den Massenerhalt und den Ladungserhalt prüfen. Es müssen links und rechts des Reaktionspfeils gleich viele Teilchen derselben Sorte vorhanden sein und auch die Gesamtladung muss übereinstimmen.

  • Benenne die gezeigten chemischen Formeln.

    Tipps

    Wenn das Teilchen eine Ladung besitzt, wird es als Ion bezeichnet.

    Wenn Wasser ein Proton aufnimmt, wird es zu einem Hydronium-Ion.

    Lösung

    Alle gezeigten Verbindungen enthalten das Element Wasserstoff. Wasserstoff kann durch verschiedene Verknüpfungen ganz unterschiedliche Stoffe hervorbringen. Wasser ist ein wichtiger Stoff unserer Erde. Ein Wasserstoff-Ion (Proton) $H^+$ besteht nur aus einem Proton. Es kann von einem Wassermolekül aufgenommen werden. Dann wird es zu einem Hydronium-Ion ${H_3O}^+$. Gibt das Wassermolekül dagegen ein Proton ab, wird es zu einem Hydroxid-Ion ${OH}^-$.

  • Erkläre, was man unter der Autoprotolyse des Wassers versteht.

    Tipps

    Wasserstoffionen bestehen nur noch aus einem Proton. Sie geben der Protolyse ihren Namen.

    Die Autoprotolyse braucht keine weitere Energie von außen, um abzulaufen.

    Lösung

    Die Autoprotolyse ist eine wichtige Reaktion des Wassers. Sie beeinflusst die gesamte Säure-Base-Chemie, da diese im wässrigen Medium stattfindet. Die Autoprotolyse ist die Grundlage des pH-Werts. Außerdem ist diese Reaktion der Grund, warum auch destilliertes, reines Wasser Strom leiten kann. Es liegen nämlich frei bewegliche Ionen durch die Autoprotolyse vor.

  • Beschreibe die Bedeutung der Autoprotolyse des Wassers für den pH-Wert.

    Tipps

    Die Protolyse beinhaltet immer einen Übergang von Protonen.

    Die pH-Wert Skala reicht von 0 bis 14.

    Lösung

    Für jede chemische Gleichgewichtsreaktion kann das Massenwirkungsgesetz aufgestellt werden. Damit wird eine Gleichgewichtskonstante berechnet. Im Falle der Autoprotolyse des Wassers kann die Konstante $K_W$ berechnet werden. Sie bildet die Grundlage für den pH-Wert und legt mit 14 den Gesamtbereich fest.

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