Autoionização da água

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A Auto-Ionização da água (ou auto-dissociação da água) é uma reação química onde duas moléculas de água reagem para produzir um hidrônio (H3O+) e um hidróxido (OH-):

2 H2O (l) \rightleftharpoons H3O+ (aq) + OH- (aq)

Este é um exemplo de autoprotólise, e mostra a natureza anfótera da água.

A água, mesmo pura, não é um simples emaranhado de móleculas de H2O. Mesmo na água "pura", equipamentos sensíveis podem detectar uma quantidade muito pequena de condutividade elétrica de 0,555 µS·cm-1. De acordo com teorias de Svante Arrhenius, isto se deve à presença de iões.

Concentração e frequência[editar | editar código-fonte]

A reação precedente tem uma constante de equilíbrio químico de K_{eq} = \frac {[H_{3}O^{+}] \cdot [OH^{-}]} {[H_{2}O]^2} = 3,23 \times 10^{-18}. Portanto, a constante de acidez é K_{a} = K_{eq} \cdot [H_{2}O] = \frac {[H_{3}O^{+}] \cdot [OH^{-}]} {[H_{2}O]} = 1,8 \times 10^{-16}. Para reacções em água (ou soluções aquosas diluídas), a molaridade (uma unidade de concentração) da água é praticamente constante e é omitida da expressão da constante de acidez por convenção. A constante de equilíbrio resultante é chamada de constante de ionização, constante de dissociação, ou constante de auto-ionização, ou ainda produto iónico da água, simbolizado por Kw.

K_{w} = K_{a} \cdot [H_{2}O] = K_{eq} \cdot [H_{2}O]^2 = [H_{3}O^{+}] [OH^{-}]
onde
[H3O+] = molaridade do oxónio, e
[OH-] = molaridade do hidróxido.

Nas CPTP (Condições Padrão de Temperatura e Pressão), sob 25 °C (298 K), K_{w} = [H_{3}O^{+}] \cdot [OH^{-}] = 1,0 \times 10^{-14}. A água pura ioniza-se e dissocia-se em quantidades iguais de H3O+ e OH-, portanto suas molaridades são iguais:

[H_{3}O^{+}] = [OH^{-}]

Nas CPTP, as concentrações de hidróxido e oxónio são bastante baixas, próximo a 1,0 x 10-7 mol . L-1, e os íons são raramente produzidos: uma molécula aleatória de água dissocia-se em aproximadamente 10 horas. Uma vez que a concentração das moléculas de água não são largamente afectadas pela dissociação e [H_{2}O] é aproximadamente igual a 56 mol . L-1, é tido que para cada 5,6 x 108 moléculas de água, um par existe em forma de íons. Qualquer solução em que as concentrações de H3O+ e OH- se igualam, é considerada como neutra. Absolutamente, a água pura é neutra, apesar de que caso traços de impurezas afetem a concentração desses íons a água não mais será neutra. Kw é sensível à pressão e temperatura, aumentando sempre que um destes factores aumentam.

Da concentração do H3O+ de 1,0 x 10-7 mol/L é que definimos que um pH neutro é igual a 7: o pH é -log10 da concentração do hidrônio.

É importante lembrar que a água destilada é uma água que tem a maioria dos íons impuros (como Na+ e Cl-) presentes em águas naturais da fonte retirados por processos de destilação ou outros métodos de purificação da água. Remover todos os íons da água é algo próximo do impossível, já que a água rapidamente auto-ioniza-se em busca do equilíbrio.

Dependência da temperatura e pressão[editar | editar código-fonte]

Por definição, pK_w = -log_{10} K_w. Nas CPTP, pK_w -log_{10} (1,0 x 10^{-14}) = 14,0. O valor de pKw é inversamente proporcional à temperatura, ou seja, quando a temperatura aumenta, o valor de pKw é reduzido e vice-versa. Isso significa que a ionização da água normalmente aumenta com a temperatura.

Também há uma mudança, normalmente pequena, gerada pela variação da pressão (a ionização é diretamente proporcional à pressão). A dependência da ionização da água em relação à pressão e temperatura já foi estudada e há um formulário padrão para o evento.

Referências[editar | editar código-fonte]