L’autoionizzazione dell’acqua

Anche se pura, l’acqua contiene una bassissima concentrazione di ioni che possono essere rilevati con accurate misure di conduttività elettrica.

Si può pensare che alcune molecole d’acqua agiscano da donatori di protoni e altre da accettori di protoni. Nell’autoionizzazione dell’acqua, per ogni molecola di H2O che agisce da acido un’altra agisce da base portando alla formazione degli ioni idronio, H3O+, e idrossido, OH.

La reazione è reversibile e nella reazione inversa H3O+ dona un protone a OH. In effetti la reazione inversa è molto più significativa della reazione diretta. L’equilibrio è molto spostato verso sinistra.

L’espressione della costante di equilibrio che si può scrivere è:

Kw= [H3O+][ OH]

Dall’equazione si può vedere anche che [H3O+] e [OH] nell’acqua pura sono uguali. Esistono diversi metodi sperimentali per determinare le concentrazioni di questi ioni e tutti portano a questo risultato.

A 25 °C in acqua pura :  [H3O+] = [ OH] = 1.0 × 10-7 M

La costante di equilibrio per la reazione di autoionizzazione dell’acqua viene detta prodotto ionico dell’acqua ed indicata dal simbolo Kw.

L’espressione di Kche a 25°C assume il valore di  1.0 ×10-14  è

Kw = [H3O+][ OH] = 1.0 ×10-14  

Il significato dell’equazione è che essa si applica a tutte le soluzioni acquose, non solo all’acqua pura.

Natura dello ione idronio

Poiché lo ione H+ è molto piccolo, la carica positiva dello ione è concentrata in una regione piccola; lo ione possiede un’elevata densità di carica positiva. E prevedibile che gli ioni H+ (protoni) scovino centri di carica negativa con cui formare legami. Questo è quello che si verifica quando uno ione H+ si lega ad una coppia solitaria di elettroni di un atomo di O dell’H2O.

Per molti anni si ritenne che lo ione idronio, H3O+, non fosse altro che uno di una serie di protoni idratati, [H (H2O) n]+, in cui n = 1, cioè [H (H2O)]+ = H3O+.

Recentemente, però, i chimici hanno trovato delle evidenze sperimentali che attestano l’esistenza di H3O+ allo stato gassoso, nei solidi è in soluzione acquosa.

Ad esempio, quello che una volta si riteneva fosse un monoidrato dell’acido perclorico, HClO4 ∙ H2O, è stato dimostrato mediante studi ai raggi X essere strutturalmente molto simile al perclorato di ammonio, NH4+ClO4. L’attuale concezione dello ione idronio in soluzione acquosa è quella Cluster contenente ione H3O+ centrale circondato da molecole d’acqua.

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Author: Chimicamo

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