Vattnets autoprotolys

Vattenmolekyler kan både uppta och avge protoner (vätejoner, H+), det vill säga genomgå protolys (protonöverföring). Vattnets autoprotolys innebär att en liten del av vattenmolekylerna alltid överför protoner mellan varandra och bildar oxoniumjoner (H3O+) och hydroxidjoner (OH-). Fria vätejoner förekommer inte i lösning men i formler förenklas ofta oxoniumjonen till en vätejon. Med denna förenkling kan reaktionen skrivas på följande sätt:

H 2 O ⇌ H + + OH − ; K w {\displaystyle {\mbox{H}}_{2}{\mbox{O}}\rightleftharpoons {\mbox{H}}^{+}+{\mbox{OH}}^{-}\qquad ;\qquad K_{\mathrm {w} }}

där Kw är en jämviktskonstant som definieras utifrån aktiviteter, vilka är ungefär lika med mätetalet av koncentrationen mätt i mol per liter (molariteten) för lösta ämnen och sätts till 1 för rena ämnen. Vattnet i utspädda lösningar är nästan rent och dess aktivitet kan approximeras med 1. Vi får:

K w = { H + }   { O H − } { H 2 O ( l ) } = { H + }   { O H − } ≈ [ H + ] [ O H − ] c ∘ 2 {\displaystyle K_{\mathrm {w} }={\frac {\{\mathrm {H} ^{+}\}\ \{\mathrm {OH} ^{-}\}}{\{\mathrm {H} _{2}\mathrm {O} (\mathrm {l} )\}}}=\{\mathrm {H} ^{+}\}\ \{\mathrm {OH} ^{-}\}\approx {\frac {[\mathrm {H} ^{+}][\mathrm {OH} ^{-}]}{c^{\circ 2}}}}

där klammerparenteser betecknar aktiviteter, hakparenteser betecknar koncentrationer och c○ är standardkoncentrationen 1 M = 1 mol/dm3. Konstanten Kw har ett värde på 10−14 vid 25 °C (298,15 K). Ofta anges jämviktskonstanten på en logaritmisk skala, som negativa tiologaritmen:

p K w = − log 10 ⁡ K w = 14 , 00 ( vid 25   ∘ C ) {\displaystyle \mathrm {p} K_{\mathrm {w} }=-\log _{10}K_{\mathrm {w} }=14,00\qquad ({\text{vid}}\quad 25\ ^{\circ }\mathrm {C} )}

Värdet på jämviktskonstanten är temperaturberoende. För vatten gäller det att värdet minskar vid ökad temperatur vilket leder till att pH-värdet minskar i rent vatten som värms. Trots att pH-värdet minskar så är vattnet fortfarande neutralt eftersom pOH också minskar vid ökande temperatur.

Lista över olika pKw-värden vid olika temperaturer
Temperatur Kw/(10−14)[1][2] pKw[1][2] neutral pH
0 °C 0,11 14,94 7,47
10 °C 0,29 14,53 7,27
20 °C 0,68 14,17 7,09
25 °C 1,01 14,00 7,00
30 °C 1,47 13,83 6,92
40 °C 2,92 13,53 6,77
50 °C 5,47 13,26 6,63
60 °C 9,6 13,02 6,51
70 °C 16 12,80 6,40
80 °C 25 12,60 6,30
90 °C 37 12,43 6,22
100 °C 54 12,27 6,14

Se även

Litteratur

  • M.M. Benjamin. 2002. Water Chemistry. McGraw-Hill.

Referenser

Noter

  1. ^ [a b] Küster, Thiel: Rechentafeln für die Chemische Analytik, 105. Auflage, Berlin / New York 2003, ISBN 3-11-017566-5.
  2. ^ [a b] D'Ans – Lax Taschenbuch für Chemiker und Physiker Band 1, Springer-Verlag 1967, S. 626.