Wie hoch sind die Konzentrationen von OH und H+ im Wasser?

Das sensible Gleichgewicht im Wasser: H⁺ und OH⁻-Konzentrationen bei 25°C

Wasser, ein scheinbar simples Molekül, birgt ein faszinierendes Gleichgewicht auf ionischer Ebene. Während wir Wasser als neutrale Substanz wahrnehmen, findet im Inneren ein ständiger Austausch statt, der seine Eigenschaften und Reaktivität entscheidend bestimmt. Kern dieses Gleichgewichts sind die Konzentrationen der Wasserstoff-Ionen (H⁺) und der Hydroxid-Ionen (OH⁻).

Bei 25°C, der Standardtemperatur für viele chemische Berechnungen, zeigt reines Wasser eine bemerkenswerte Eigenschaft: Es liegt eine exakte Ausgeglichenheit zwischen der Konzentration von H⁺- und OH⁻-Ionen vor. Beide Ionen liegen mit einer Konzentration von 10⁻⁷ mol/l vor. Diese scheinbar geringe Konzentration hat weitreichende Folgen.

Die Gleichung, die dieses Gleichgewicht beschreibt, ist das Ionenprodukt des Wassers (K_W):

K_W = [H⁺] * [OH⁻] = 10⁻¹⁴ mol²/l² bei 25°C

Aus dieser Gleichung wird die erwähnte Neutralität des Wassers ersichtlich: Die Konzentrationen von H⁺ und OH⁻ sind gleich. Ein Abweichen von diesem Wert führt zu einer Verschiebung des Gleichgewichts und damit zu einer sauren (überschüssige H⁺-Ionen) oder basischen (überschüssige OH⁻-Ionen) Lösung.

Die geringe Konzentration von 10⁻⁷ mol/l an H⁺ und OH⁻-Ionen erklärt auch den schwachen elektrischen Leitfähigkeitswert von reinem Wasser. Ionen sind die Ladungsträger in Lösungen, und ihre geringe Anzahl führt zu einer entsprechend niedrigen Leitfähigkeit. Je mehr Ionen gelöst sind, desto höher wird die Leitfähigkeit der Lösung.

Die 10⁻⁷ mol/l Konzentration von H⁺-Ionen ist die Grundlage des pH-Werts. Der pH-Wert wird definiert als der negative dekadische Logarithmus der H⁺-Ionenkonzentration:

pH = -log₁₀[H⁺]

Für reines Wasser bei 25°C ergibt sich somit ein pH-Wert von 7, der den neutralen Punkt auf der pH-Skala darstellt. Die pH-Skala reicht von 0 (stark sauer) bis 14 (stark alkalisch).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Konzentrationen von H⁺ und OH⁻-Ionen im Wasser bei 25°C von fundamentaler Bedeutung sind. Die ausgeglichene Konzentration von 10⁻⁷ mol/l für beide Ionen charakterisiert die Neutralität des Wassers, bestimmt seine geringe Leitfähigkeit und bildet die Basis für das Verständnis von Säuren und Basen sowie deren Reaktionen. Änderungen dieser Konzentrationen, beispielsweise durch Zugabe von Säuren oder Basen, führen zu tiefgreifenden Auswirkungen auf das chemische Verhalten des Wassers.