Concetti Chiave
- L'autoionizzazione dell'acqua è una reazione acido-base in cui l'acqua si comporta sia da acido che da base, formando H3O+ e OH-.
- Il prodotto ionico dell'acqua, Kw, è sempre costante e varia con la temperatura, ed è calcolato come Kw = [H+]*[OH-].
- La concentrazione di H+ e OH- in acqua pura a 25°C è uguale a 1.0 x 10^-7 M, portando a Kw = 1.0 x 10^-14.
- Il pH è una misura dell'acidità, calcolato come pH = -log[H+], con pH uguale a 7 che indica una soluzione neutra.
- La misurazione del pH può essere effettuata tramite pH-metri o indicatori di colore, che mostrano se una soluzione è acida o basica.
Autoionizzazione dell'acqua
Autoionizzazione dell’acqua o autoprotolisi: reazione acido-base che avviene nell’acqua e in generale in tutte le soluzioni acquose. La reazione è H20 + H20 H3O+ + OH- dove l’acqua si comporta sia da acido che da base (anfotera).
La legge dell’equilibrio di questa reazione è Kc=([H3O+]*[OH-])/([H20]*[H2O]). Nell’acqua pura e nelle soluzioni acquose la quantità di acqua è sempre costante, quindi il denominatore [H2O]*[H2O] è una costante. Combinandola con Kc (costante anche lei) esce una nuova costante, Kw che è uguale a Kw=Kc*[H2O]*[H2O](prodotto ionico dell’acqua)=[H3O+]*[OH-]. Semplificando l’equazione di autoionizzazione a H2O H+ + OH-, il Kw diventa ora [H+]*[OH-].
Concentrazioni e temperatura
Nell’acqua pura a 25°C i due ioni si formano in quantità uguali, quindi la loro concentrazione è la stessa. Sperimentalmente è stato provato che [H+]=[OH-]=1.0 x 10^-7 M.
Da ciò deriva che Kw=[H+]*[OH-]=1.0 x 10^-7 * 1.0 x 10^-7 = 1.0 x 10^-14
Essendo una costante di equilibrio, Kw varia con la temperatura.
In tutte le soluzioni acquose avviene l’autoionizzazione dell’acqua. Le concentrazioni di H+ e OH- possono variare tra loro per la presenza degli altri valori, ma il loro prodotto è sempre costante ed è uguale a Kw.
Una soluzione è neutra se la concentrazione di H+ è uguale a quella di OH-; se H+ è maggiore la soluzione è acida; se OH- è maggiore la soluzione è basica.
Definizione di pH e pOH
Per capire meglio la basicità o acidità delle soluzioni si utilizza un valore, il pH. Questo valore permette di confrontare le concentrazioni di H+ in soluzione.
pH = -log[H+]
Per trovare la concentrazione di H+ partendo dal pH si fa [H+]=10^-pH
Con lo stesso metodo si può trovare il pOH = -log[OH-]
Possiamo anche definire il pKw = -logKw = 14.00 (a 25°C)
Se Kw=[H+][OH-] allora log[H+] + log[OH-] = logKw
Moltiplicando per -1 deriva che pH + pOH = 14 sempre in soluzioni acquose a 25°C
Per definire se una soluzione è acida o basica, si dice che se il pH è uguale a 7 è neutra, minore di 7 acida, maggiore di 7 basica.
Misurazione del pH
Il pH si può misurare in modo accurato con dei pH -metri oppure utilizzando dei meno precisi indicatori, che in base al cambiamento di colore (viraggio) indicano se una soluzione è acida o basica.
Domande da interrogazione
- Cos'è l'autoionizzazione dell'acqua e quale reazione la descrive?
- Qual è il valore della costante di equilibrio Kw e come varia?
- Come si definisce il pH e quale relazione esiste tra pH e pOH?
L'autoionizzazione dell'acqua, o autoprotolisi, è una reazione acido-base che avviene nell'acqua, descritta dalla reazione H2O + H2O ⇌ H3O+ + OH-. In questa reazione, l'acqua si comporta sia da acido che da base, risultando anfotera.
La costante di equilibrio Kw, che rappresenta il prodotto ionico dell'acqua, è uguale a 1.0 x 10^-14 a 25°C. Essa varia con la temperatura, ma il prodotto delle concentrazioni di H+ e OH- rimane costante in tutte le soluzioni acquose.
Il pH è definito come pH = -log[H+], e permette di valutare l'acidità o basicità di una soluzione. A 25°C, la relazione tra pH e pOH è pH + pOH = 14, dove un pH di 7 indica una soluzione neutra, inferiore a 7 una soluzione acida e superiore a 7 una soluzione basica.
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