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

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