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:

{\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:

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:

\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 pK_w-värden vid olika temperaturer
Temperatur	K_w/(10⁻¹⁴)^[1]^[2]	pK_w^[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

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

[kuester-1] [a b] Küster, Thiel: Rechentafeln für die Chemische Analytik, 105. Auflage, Berlin / New York 2003, ISBN 3-11-017566-5.

[Lax-2] [a b] D'Ans – Lax Taschenbuch für Chemiker und Physiker Band 1, Springer-Verlag 1967, S. 626.

[1]

[2]