Anche nell’acqua pura, cioè senza soluti, c’è sempre una piccola quantità di molecole che si dissociano formando gli ioni dell’acqua.
L’acqua è un elettrolita debolissimo ed infatti la sua Kdiss a 25°C è 1,8•10-16.
L’acqua ionizza in superficie, ionizza sul pelo dell’acqua, ma quante se ne dissociano ?
Prendi il numero di Avogadro per costante di dissociazione acida dell’acqua: 6,02214076×1023 x 1,8•10-16 = stiamo parlando di 1 molecola d’acqua dissociata ogni 33 milioni di molecole d’acqua.
Questa minima ionizzazione rende l’acqua un conduttore elettrico.
Gli ioni dell’acqua sono l’H+ e l’ossidrile OH-.
Il protone H+ appena separato dall’OH-, si lega a una molecola di H2O, formando lo ione idrione H3O+, per semplicità non parleremo di ione idrione ma dello ione H+ o protone.
La reazione dell’acqua è reversibile, come indicano le due frecce contrapposte.
La reversibilità determina un equilibrio fra i pochissimi ioni e la gran parte delle molecole d’acqua neutre.
L’acqua è praticamente neutra, l’equilibrio è spostato a sinistra, cioè verso l’H2O.
Gli ioni dell’acqua e la costante di equilibrio K water
Un litro d’acqua è composto da 55,4 moli.
Infatti se una mole d’acqua pesa 18,015 grammi, 1000 grammi / 18,015 = 55.4, in un litro di acqua ci sono 55.4 moli o 55,4 M (molare).
La reazione:
è tutta spostata verso sinistra, cioè ci sono pochissimi ioni H+ e OH-.
La costante di equilibrio è definita dalla formula:
Il prodotto ionico dell’acqua a 25° è stato sperimentalmente determinato in 1,8 x 10^-16 per ogni mole d’acqua.
Mettendo assieme il prodotto ionico di una mole x il numero di moli di 55.4, otteniamo il prodotto ionico di un litro d’acqua =
(infatti 1,8 x 55,4 = 99,72)
Il valore del denominatore è così grande che non si prende in considerazione, per cui la K dell’acqua o K water o Kw:
quindi il prodotto della concentrazione dei due ioni in un litro è
La concentrazione degli ioni dell’acqua neutra H+ e OH-
Nell’acqua neutra il prodotto di [H+] x [OH-] è 1 x 10^-14.
Il 50% degli ioni sono H+ e l’altro 50% sono ioni OH-.
Significa che ogni ione alla neutralità è presente alla concentrazione di 1 x 10^-7.
Kw = [H+] x [OH-] = X x X = X^2
X = radice quadrata di Kw = radice quadrata di 1 x 10^-14 = 1 x 10^-7
Quindi
La K water cambia con la temperatura
La costante di equilibrio dell’acqua pura a 25°C cioè 298,15°K è 1 x 10 alla meno 14, significa che ci sono pochissimi ioni, l’acqua è quasi tutta neutra.
Il prodotto ionico dell’acqua è influenzato dalla temperatura: 0°C: 1,1 x 10^-15; 10°C: 2,9 x 10^-15; 25°C: 1 x 10^-14; 40°C: 2,9 x 10^-14; 50°C: 5,5 x 10^-14.
La K water è costante, è sempre 10^-14, non cambia se aggiungo un acido e una base.
Kw costante
Se aggiungo un acido, aumentano gli H+ (H3O+), ma diminuisce la concentrazione degli ioni OH-; viceversa se aggiungo una base aumentano gli OH- e diminuisce la concentrazione degli ioni H+.
Se abbiamo una prevalenza di H+ saremmo in ambiente acido, se OH- saremmo in ambiente basico.
Per cui sempre in una soluzione acquosa che sia acida o basica, il prodotto della concentrazione degli H+ per gli OH- è sempre 10 alla meno 14.
Esercizio in una soluzione acida calcolo la concentrazione di ioni OH-
In acqua neutra si aggiunge un acido forte, per cui alla fine la concentrazione di ioni H+ = 5 x 10^-4 M.
Qual’è la concentrazione di ioni OH- ?
Kw a 25°C = [H+] x [OH-] = 1 x 10^14
[H+] x [OH-] = 1 x 10^14
[ 5 x 10^-4 ] x [OH-] = 1 x 10^14
[OH-] = 1 x 10^14 / [ 5 x 10^-4 ] =2 x 10^11
concentrazione di ioni acidi [H+] = 5 x 10^-4 M e
concentrazione di ioni basici [OH-] = 2 x 10^-11M
[5 x 10^-4 M] > [ 2 x 10^-11M ]
la soluzione è proprio acida.