Autoionizzazione dell’acqua: costanti di equilibrio a varie temperature

L’autoionizzazione o autoprotolisi dell’acqua è una reazione in cui due molecole di acqua reagiscono per dare H3O+e OH

L’acqua ha un comportamento anfotero infatti in presenza di un acido agisce da base secondo Bronsted-Lowry accettando uno ione H+ e in presenza di una base agisce da acido secondo Brønsted e Lowry donando uno ione H+:

acido base
acido base

 

Nell’acqua pura una molecola di acqua può agire come base accettando uno ione H+ da una seconda molecola di acqua che agisce da acido con formazione di uno ione H3O+ e di uno ione OH.

comportamento dell'acqua
comportamento dell’acqua

 

Equilibrio

Lo ione H3O+ è l’acido coniugato e lo ione OH è la base coniugata dell’acqua e sono entrambi forti; non appena si formano essi reagiscono nuovamente per dare acqua secondo l’equilibrio:

2 H2O(l) ⇌ H3O+(aq) + OH(aq)

Spesso questo equilibrio di autoionizzazione dell’acqua è semplificato come:

H2O(l) ⇌ H+(aq) + OH(aq)

Costante di equilibrio

La costante di equilibrio, dell’autoionizzazione dell’acqua indicata con il simbolo Kw, alla temperatura di 25°C ha un valore di 1.00 ∙ 10-14

Kw = [H3O+][ OH] = 1.00 ∙ 10-14

Poiché il rapporto stechiometrico tra [H3O+] e [ OH] è di 1:1 ciò implica che [H3O+]=[ OH]. Detta x la concentrazione di H3O+ e quindi detta x la concentrazione di OH si ha:

Kw = [H3O+][ OH] = 1.00 ∙ 10-14 = (x)(x) = x2

pertanto a 25°C [H3O+]=[ OH] = √ 1.00 ∙ 10-14 = 1.00 ∙ 10-7 M

A 25°C il pH dell’acqua così come il pOH assumono entrambi valore pari a 7.00.

I valori delle costanti di equilibrio rimangono costanti a temperatura costante e variando la temperatura varia il loro valore. Nello specifico stante l’importanza dell’acqua sono stati ottenuti i valori di Kw  a diverse temperature come da tabella:

T °C Kw (mol2/dm3)
0 1.14 ∙ 10-15
10 2.93 ∙ 10-15
20 6.81 ∙ 10-15
25 1.00 ∙ 10-14
30 1.47 ∙ 10-14
40 2.92 ∙ 10-14
50 5.48 ∙ 10-14
100 5.13  ∙ 10-13

 

Secondo i dati riportati in tabella quindi a 100 °C si ha:

Kw = 5.13  ∙ 10-13 = [H3O+][ OH] = x2

Pertanto x = [H3O+]=[ OH] = √ 5.13  ∙ 10-13 = 7.16 ∙ 10-7 M

Da cui pH = 6.14

ARGOMENTI

GLI ULTIMI ARGOMENTI

TI POTREBBE INTERESSARE

Resa percentuale in una reazione. Esercizi svolti e commentati

La resa percentuale di una reazione costituisce un modo per valutare l'economicità di una reazione industriale che può essere accantonata se è bassa. Si possono...

Bilanciamento redox in ambiente basico: esercizi svolti

Il bilanciamento di una reazione redox in ambiente basico  può avvenire con  il metodo delle semireazioni. Nel bilanciamento vanno eliminati di eventuali ioni spettatori...

Temperature di ebollizione di composti organici

Le temperature di ebollizione dei composti organici forniscono informazioni relative alle loro proprietà fisiche e alle caratteristiche della loro struttura e costituiscono una delle...