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:

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

där K_w 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:

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

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

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

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.

Se även

• pH
• Autoprotolys
• Kemisk jämvikt
• Aktivitet

Litteratur

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

Referenser

Noter