Ionenprodukt

Begriff und Bedeutung

Das Ionenprodukt ist das Produkt der Stoffmengenkonzentrationen – genauer: der Aktivitäten – aller Ionen, die in einem Medium, zum Beispiel Wasser, durch elektrolytische Dissoziation gelöst sind. In einer gesättigten Lösung entspricht es dem Löslichkeitsprodukt. Sind nur Ionen vorhanden, die durch Autoprotolyse entstehen, entspricht das Ionenprodukt der Autoprotolysekonstante des Systems.

Ionenprodukt von reinem Wasser

Besonders wichtig ist das Ionenprodukt des reinen Wassers, K_W. Wasser bildet durch Autoprotolyse Oxoniumionen und Hydroxidionen:

H₂O + H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻

Für das dimensionslose Ionenprodukt gilt:

K_W = [a(H₃O⁺) · a(OH⁻)] / [a(H₂O)]²

Dabei steht a für die Aktivität, also die wirksame Konzentration eines Stoffes. Bei 25 °C betragen die Aktivitäten von H₃O⁺ und OH⁻ jeweils 1,004 · 10⁻⁷. Das Ionenprodukt beträgt damit 1,008 · 10⁻¹⁴. Da Wasser in stark verdünnten Lösungen das Lösungsmittel ist, ist seine Aktivität ungefähr 1. Deshalb wird meist näherungsweise gerechnet:

K_W ≈ (10⁻⁷ · 10⁻⁷) / 1² = 10⁻¹⁴.

Zusammenhang mit pH-Wert und pKs-Wert

Das Ionenprodukt legt die Skala und den neutralen Wert des pH-Werts fest. Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der Oxoniumionen-Aktivität:

pH = −lg(a(H₃O⁺)) = 7

Reines Wasser ist bei diesen Bedingungen daher neutral und hat pH 7. Außerdem kann die Säurekonstante beziehungsweise der pKs-Wert von Wasser abgeleitet werden:

pKs(HA) = −lg([a(H₃O⁺) · a(A⁻)] / a(HA))

Für Wasser ergibt sich:

pKs(H₂O) = −lg([a(H₃O⁺) · a(OH⁻)] / a(H₂O)) = −lg(a(H₂O) · K_W) = −lg(1 · 10⁻¹⁴) = 14.