Kann mir jemand den Zusammenhang zwischen Autoprotolyse des Wassers und pH-Wert einfach erklären?

H2O hat eine gewisse Tendenz, sich in H+ und OH- aufzuteilen. Und dadurch, dass diese gegenteilig geladen sind, ziehen sie sich an, worauf sie sich wieder zu H2O vereinen. Das passiert die ganze Zeit: H2O-Moleküle zerfallen, H+ und OH- finden zueinander. Der Glaube, dass keine Reaktion mehr stattfindet, ist falsch.

Und aus der Häufigkeit, wie oft dieser Vorgang jeweils in die eine und in die andere Richtung passiert, ergibt sich ein Gleichgewicht aus den Konzentrationen der einzelnen Teile... wobei die Konzentrationen aus H+ und OH- bei reinem Wasser natürlich identisch sind, und man sich einfach an der Konzentration an H+ orientiert.

Der pH-Wert gibt einfach nur die Konzentration an H+ an. Er ist der negative Logarythmus aus der Konzentration an H+, denn es ist sehr viel einfacher zu sagen "der pH-Wert ist 7" als "die Konzentration an H+ beträgt 10^-7 (=0,0000007)mol/L".

Wie gesagt: Das ist ein Gleichgewicht. Hin- und Rückreaktion verlaufen gleich oft. Und dieses Gleichgewicht ehrrscht bei Wasser eben bei genau dieser Konzentration an H+. Mischt du etwas rein, das einen Einfluss auf dieses Gleichgewicht nimmt, wird entweder die Hin- oder die Rückreaktion vermehrt ablaufen und sich die Konzentration ändern, wodurch sich der pH-Wert ändert... bis er sich auf einem bestimmten Wert einpendelt.

Den pH kann man aus der Autoprotolyse des Wassers wie folgt herleiten:

Gegeben ist die Protolyse von Wasser:

2 H₂O  --> H₃O⁺ + OH⁻

Es ist das MWG:

K = [c(H₃O⁺) · c(OH⁻)] : c²(H₂O)

c(H₂O) ist auch in verdünnten Lösungen c(H₂O) = const. = 55,55 mol/L.

Das MWG vereinfacht sich jetzt, da man diese Konstante mit K zu einer neuen Konstante zusammenziehen kann. Man erhält

c(H₃O⁺) · c(OH⁻) = Kw das Ionenprodukt des Wassers.

Kw hängt nur von der Temperatur ab und beträgt bei Zimmertemperatur Kw = 10⁻¹⁴ mol²/L²

In neutralen Lösungen ist dann c(H₃O⁺) = c(OH⁻) = 10⁻⁷ mol/L

Man hat nun zur Charakterisierung einer sauren oder alkalischen Lösung c(H₃O⁺) gewählt und verwendet als Maßzahl den pH.

pH = -lg c(H₃O⁺).

Du hast gleiche Konz von H3O+ und OH- Ionen. Im Massenwirkungsgesetz werden die Konzentrationen eingesetzt und da die Konz von Wasser konstant ist, gibt es die Wasserkonstante Kw. Daraus kann man jetzt die Wurzel ziehen und schon hat man die Konz von H3O+. Wenn man diesen Wert logarithmiert, das Vorzeichen wechselt, ist der pH-Wert ausgerechnet. fertig