L’autoionizzazione dell’acqua

L’autoionizzazione dell’acqua è una reazione chimica in cui due molecole di acqua reagiscono per dare uno ione H3O+ e uno ione OH . Anche se pura, l’acqua ha una bassa concentrazione di ioni che possono essere rilevati con accurate misure di conduttività elettrica e dà luogo a autoionizzazione.

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.

Equilibrio di autoionizzazione

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

2 H2O ⇄ H3O+ + OH

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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