Waterevenwicht

Van Wikipedia

In een waterige oplossing komen altijd H₃O⁺-ionen EN OH^--ionen voor. Dit wordt aangeduid met het begrip waterevenwicht.

Inhoud 1 Uitleg 2 Neutraal water bij kamertemperatuur 3 Neutraal water bij andere tremperaturen 4 Zure en basische oplossingen

[bewerk] Uitleg

In water, H₂O, zijn de waterstof- en zuurstof-atomen stevig aan elkaar gekoppeld. Dat wil niet zeggen dat de atomen elkaar nooit los laten. Het zuurstofatoom in water heeft elektronenparen die niet gebruikt worden voor de binding tussen het zuurstof-atoom en zijn waterstof-atomen. Één van deze paren kan gebruikt worden om een H⁺-ion te binden. Dit ion wordt "overgenomen" van een ander watermolecuul. Het andere molecuul raakt dus een H-atoom kwijt én een positieve lading. Er blijft dus H₁O^- over. Dit laatste deeltje wordt meestal als OH^- genoteerd. Het watermolecuul met 3 waterstofatomen én de positieve lading wordt genoteerd als: H₃O⁺.

Echt makkelijk gaat de reactie niet. Het gebeurt dus niet zo vaak. Maar watermolecuen bewegen heel snel. Als het H⁺-deeltje eenmaal is overgedragen aan een ander watermolecuul, zijn de twee moleculen elkaar eigenlijk meteen weer kwijt tussen alle "gewone" watermoleculen. Het H⁺-deeltje gelijk weer teruggeven lukt dus niet. Als een H₃O⁺ en een OH^- elkaar tegenkomen wordt vaak wel heel snel het H⁺-deeltje teruggegeven, en heb je weer twee watermoleculen. Het gevolg is wel dat er ook in water waar verder geen zuur of base aan is toegevoegd H₃O⁺ EN OH^- voorkomen. Deze situatie wordt een dynamische evenwicht genoemd.

2 H₂O H₃O⁺ + OH^-

De snelheid van zowel de reactie naar rechts als naar links is vooral een kwestie van kans. De reatie naar rechts is langzaam, maar voor de reactie naar links moeten twee deeltjes elkaar tegenkomen. De kans dat twee deeltjes elkaar tegenkomen is afhankelijk van hun concentraties. Dit hele proces kan beschreven worden met de formule:

Omdat de concentratie van water in water altijd hetzelfde is wordt de waarde ervan meestal in de K "verstopt". We spreken dan van K_w:

K_w = [H₃O ⁺ ] * [OH ⁻ ]

[bewerk] Neutraal water bij kamertemperatuur

De concentraties H₃O⁺ en OH^- zijn in neutraal water gelijk. Bij kamertemperatuur zijn beide concentraties ongeveer 10^{- 7}, zodat hun product K_w, 10^{- 14} is. Omdat de pH gedefinieerd is als -log([H₃O⁺]) is de pH van zuiver water bij 25^oC dus 7.

[bewerk] Neutraal water bij andere tremperaturen

Als de temperatuur hoger wordt, stijgt de snelheid van reacties. Er worden dus meer ionen uit watermoleculen gevormd. De reactie tussen twee ionen wordt ook sneller, maar de kans dat ze elkaar tegenkomen wordt nauwelijks groter. Er komen dus meer ionen. Uiteindelijk stijgt daardoor de kans op reacties en ontstaat een nieuw evenwicht bij een hogere ionen-concentratie. De pH van deze oplossing is dus lager!

[bewerk] Zure en basische oplossingen

Een zure oplossing wordt gemaakt door een zuur aan water toe te voegen. Er komen veel meer H₃O⁺-ionen. De kans dat een OH^- een H₃O⁺ tegenkomt is dus ineens veel groter. Een grotere kans van elkaar tegenkomen, betekent ook een grotere kans op reactie. De reactie van de twee ionen naar water zal dus veel sneller gaan. Er verandert niets aan de snelheid waarmee twee watermoleculen met elkaar reageren tot H₃O⁺ en OH^-. De hoeveelheid OH^--ionen wordt dus kleiner. Daardoor daalt de kans dat twee ionen elkaar tegenkomen, en daarmee de kans op reactie. Als de reactiesnelheid van twee ionen naar water weer gelijk is aan die waarmee OH^--ionen gevormd worden is een nieuw evenwicht ontstaan. Hierbij is de hoelveelheid OH^--ionen kleiner dan in neutraal water en de hoeveelheid H₃O⁺ groter. Het product van de concentraties blijft echter gelijk, K_w, 10^{- 14}.

Voor basische oplossingen geldt hetzelfde, alleen is dan [OH^-] groter geworden. Er blijven dus H₃O⁺-ionern in de oplossing. De pH van een basische oplossing bestaat dus echt, en is niet alleen een rekenkundig getal.