Temperaturabhängigkeit des pH-Wertes bei Wasser?
Wasser geht bekanntlich ein Autoprotolysegleichgewicht ein - es handelt sich um eine Umkehrreaktion der Neutralisationsreaktion, bei der 2 mol Wasser zu jeweils 1 mol Oxonium-Ione und 1 mol Hydroxid-Ione reagieren: H2O + H2O —> H3O+ + OH- (Enthalpie > 0, also endotherme Reaktion)
Bei 25°C beträgt die Konzentration c( H3O+)=c(OH-)= 10-7 mol · l-1, weshalb der pH-Wert dementsprechend 7 ist...
Wenn ich jedoch die Temperatur erhöhe, so nimmt der pH-Wert ab bzw. mein Wasser wird sauerer (Wichtig! Ich betrachte reines Wasser, ohne Beimischung von Säuren oder Basen).
Anfangs ist die Abnahme des pH-Wertes logisch, durch die Temperaturerhöhung verschiebt sich das Autoprotolysegleichgewicht zugunsten der Protolyse bzw. Produkte => es werden mehr Oxoniumione gebildet, somit steigt die Konzentration von c( H3O+) und der pH-Wert nimmt ab. Da die Protolyse jedoch Oxonium-Ione und Hydroxid-Ione im Verhältnis von 1:1 bildet, steigt doch analog dazu auch die Konzentration von c(OH-) an, was den pH-Wert erhöht bzw. die Abnahme des pH-Wertes entgegenwirkt..... Wieso ist es trotzdem so, dass der pH-Wert von Wasser abnimmt??
2 Antworten
Der pH-Wert ist der Logarithmus der H₃O⁺-Konzentration. Die OH¯-Konzentration spielt dabei keine Rolle — eine hypothetische Lösung mit c(H₃O⁺)=0.01 mol/l und c(OH¯)=0.1 mol/l hätte pH=2.
Wenn Du über das hypothetische Beispiel genauer betrachten, dann begreifst Du, daß in einer Welt, in der eine solche Lösung existiert, nur einen bizarr großen Wert für die Autoprotolyse-Konstante braucht, nämlich Kw=0.001 mol²/l² bzw. pKw=3. In dieser Welt ist dann pH=1.5 der Neutralpunkt, und sonst ist alles gleich wie bei uns.
Also: Der pH ist über H₃O⁺ definiert, und OH¯ spielt darin nur insoferne eine Rolle, weil das Autoprotolysegleichgewicht die beiden miteinander verbindet. Wenn Du die Autoprotolysekonstante selbst veränderst, dann ändert sich nichts am Zusammenhang zwischen H₃O⁺ und pH, aber OH¯ muß nach den neuen Regeln spielen.
Das liegt daran, daß Kw selbst temperaturabhängig ist — qualitativ ist das klar, da bei der Autoprotolyse Entropie entsteht (mehr verschiedene Teilchen, die durch die Lösung flitzen) und daß die Autoprotolyse daher in heißem Wasser begünstigt wird. pKw beträgt bei 0 °C ungefähr 15, bei 100 °C ungefähr 13.3.
In 100 °C heißem reinen Wasser hat man also c(H₃O⁺)=c(OH¯)=√Kw=7⋅10¯⁷ mol/l.
Ich glaube du verstehst meine Frage nicht ganz. In der Literatur steht, dass "der pH-Wert mit steigender Temperatur zunimmt". Meine Frage ist, wie das möglich ist, wenn - wie du bereits betont hast - H3O+ und OH- miteinander zu pKw=14 verbunden sind. Bei der Autoprotolyse sind beide jedoch im Verhältnis 1:1. Ich kann dementsprechend kein pH-Wert von 6,8 haben (c(H3O+)=10-6,8), da ja c( H3O+)=c(OH-) ist und in dem Falle, (c(OH-)=10-6,8 mol · l-1sein muss, da das Verhältnis 1:1 ist, jedoch die - wie du bereits betont hast - die Verbindung zwischen pH und pOH dann nicht mehr funktioniert, da pH=6,8 und pOH=6,8, pKw=13,6 ergibt...
Oh Gott! Ich glaube ich habs kapiert: c( H3O+) erhöht sich, aber c(OH-) erhöht sich auch... der Zusammenhang von pKw=14 ändert sich jedoch durch die neue Bedingung (Temperatur), dementsprechend ist pKw=13,6 doch richtig. und der pH-Wert nimmt ab - wird saurer!
Bingo! Die hohe Temperatur verringert den Zahlenwert von pKw, damit hast Du mehr H₃O⁺ und OH¯ im reinen Wasser. Der pH-Wert sinkt dadurch (er hängt ja nur von c(H₃O⁺) ab), aber die Lösung ist immer noch neutral in dem Sinn daß c(H₃O⁺)=c(OH¯). Trotzdem ist sie saurer als neutrales Wasser von Raumtemperatur und kann z.B. einen Indikator auf sauer umfärben (in der Praxis muß man aber dabei beachten, daß auch die Indikatorkonstante von der Temperatur abhängt).
Das liegt an der Definition des pH-Wertes, die nur von c(H3O+) abhängt.
Bei höheren Temperaturen ist pKw natürlich nicht mehr 14.
Hi, wenn ich die Frage richtig verstanden habe, geht es aber darum, daß bei Normalbedingungen 10^-7 zu H3O+ zerfallen sind. Daher ist der pH-Wert auch 7.
Gleichzeitig gilt aber, daß pH+pOH = 14 sind. Und daß je H+ auch immer genau 1 OH- entsteht.
Wie kann sich jetzt Temperaturabhängig der pH-Wert des Wassers ändern? Wohin gehen die "verschwundenen" H+ oder OH-, wenn die Summe immer gleich 14 ist?