Reines Wasser besteht nicht ausschließlich aus H2O-Molekülen. Ein sehr geringer Teil dissoziiert (trennt sich auf) in Oxoniumionen (H3O+) und Hydroxidionen (OH−). Dieser Effekt wird Autoprotolyse des Wassers genannt.
Durch das Vorhandensein von Oxoniumionen (H3O+) und Hydroxidionen (OH−) ist das Wasser sowohl eine schwache Base wie auch eine schwache Säure. Stoffe, die sowohl saure wie auch basische Eigenschaften besitzen, werden als Amphotere bezeichnet.
H2O ↔ H3O+ + OH-Auch für diese Reaktion lässt sich das Mcassenwirkungsgesetz aufstellen:
Um die Konzentration der in Wasser gelösten Oxoniumionen (H3O+) und Hydroxidionen (OH−) zu bestimmen, können wir das Massenwirkungsgesetz anwenden.
Wasser besteht zum größten Teil aus H2O-Molekülen und nicht aus Oxonium- und Hydroxidionen. Daher kann die Konzentration der H2O-Moleküle als weitestgehend konstant angesehen werden. Zusammen mit der Gleichgewichtskonstante kann c2(H2O) als KW bezeichnet werden.
KW = c(H3O+) · c(OH-)
Unter KW wird auch das Ionenprodukt des Wassers verstanden. Dies ist definiert als die Konzentration von sich in einer Lösung befindlichen Ionen (in diesem Fall Oxonium- und Hydroxidionen).
Bei Raumtemperatur und einem Druck von 1 bar hat KW den Wert 1,0 · 10-14 mol²/L². Somit ergibt sich für die Konzentration von c(H3O+) und c(OH-) in 25 °C warmem Wasser jeweils 10-7 mol/l.
Das Ionenprodukt einer gesättigten Lösung ist bei kontanter Temperatur immer konstant. Eine Erhöhung einer Ionenart führt somit zur Verringerung einer anderen Ionenart. Werden also einer wässrigen Lösung z.B. Oxoniumionen (H3O+) zugeführt, verringert sich der Anteil an Hydroxidionen (OH−).
Wie wir gerade gelernt haben, beträgt die Konzentration von Oxonium-Ionen in 25°C warmem Wasser 10-7 mol/L. Wenn wir diese Konzentration in die Formel zur Berechnung des pH-Wertes einsetzten, erhalten wir den pH-Wert von Wasser:
pH = - log (10-7 mol/l) = 7