Wir wollen herausfinden, welcher Anteil der Wassermoleküle durch Autoprotolyse in Ionen (H₃O⁺ und OH⁻) umgewandelt wird. Dazu nutzen wir den pH-Wert von Wasser und die Konzentration der Ionen.
Wir wollen herausfinden, welcher Anteil der Wassermoleküle durch Autoprotolyse in Ionen (H₃O⁺ und OH⁻) umgewandelt wird. Dazu nutzen wir den pH-Wert von Wasser und die Konzentration der Ionen.
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Wasser hat einen neutralen pH-Wert von 7. Dieser pH-Wert ist direkt mit der Konzentration von H₃O⁺-Ionen verknüpft:
$pH = -\log_{10} [H₃O⁺]$
Setzen wir $pH = 7$ ein, erhalten wir:
$[H₃O⁺] = 10^{-7} \text{mol/L}$
Da durch die Autoprotolyse immer gleich viele OH⁻-Ionen wie H₃O⁺-Ionen entstehen, gilt:
$[OH⁻] = 10^{-7} \text{mol/L}$
Jetzt berechnen wir, wie viel Prozent der Wassermoleküle das betrifft. Ein Liter Wasser enthält etwa $55,5 \text{mol}$ Wassermoleküle (das ergibt sich aus der Dichte und der molaren Masse von Wasser). Der Anteil autoprotolysierter Moleküle ist:
$\text{Anteil} = \frac{[H₃O⁺]}{55,5} = \frac{10^{-7}}{55,5} \approx 1,8 \cdot 10^{-9}$
Das bedeutet, nur $0,00000018%$ der Wassermoleküle sind autoprotolysiert.
Die Antwort 0% - 0,001% passt perfekt zu diesem extrem kleinen Anteil. Die anderen Bereiche sind viel zu hoch, denn selbst bei extremer Autoprotolyse bleibt der Anteil sehr gering.
Merk dir einfach: Beim neutralen pH von 7 sind nur extrem wenige Wassermoleküle autoprotolysiert – weniger als 0,001 %.