Prodotto ionico dell'acqua

Prodotto ionico dell'acqua e acidità delle soluzioni

Se si misura la conducibilità dell'acqua con strumenti sufficientemente sensibili, si osserva che, sia pure in minima quantità, conduce la corrente elettrica.

Questo significa che nell'acqua sono presenti degli ioni, anche se in concentrazione molto limitata; questi ioni si formano secondo la seguente reazione:

Si tratta di un normale equilibrio acido-base secondo il quale una molecola d'acqua si comporta da acido e un'altra molecola di acqua si comporta da base. Questa reazione è detta di autoionizzazione o di autoprotolisi.

Prodotto ionico dell'acqua e costante di equilibrio

La costante di equilibrio per questa reazione può essere espressa nel seguente modo:

Per semplificare, possiamo usare [H⁺] al posto di [H₃O⁺], ricordando che gli ioni H⁺ in soluzione sono sempre idrati. Usando questa notazione semplificata, si ha:

Il valore della concentrazione dell'acqua [H₂O] è un valore costante e può essere inglobato nella K_eq. Il prodotto tra K_eq e [H₂O]² è pertanto un valore costante che viene indicato con il simbolo K_w. La relazione precedente assume quindi la seguente forma:

Il K_w è quindi un valore costante che viene denominato prodotto ionico dell'acqua. Alla temperatura di 25°C, il suo valore determinato sperimentalmente risulta essere pari a 1,0 · 10^-14. Pertanto si ha:

Acidita' e basicita' delle soluzioni

Come si vede dall'equilibrio di autoprotolisi, da una molecola di H₂O si ottiene uno ione H⁺ e uno ione OH⁻. Possiamo perciò ritenere che la concentrazione degli ioni H⁺, ovvero deglio ioni H₃O⁺, è uguale a quella deglio ioni OH⁻, quindi in acqua pura si avrà:

L'acqua pura, avendo una concentrazione di ioni H⁺ uguale a quella degli ioni OH⁻, pari a 10^-7 mol/L, viene definita neutra.

La relazione:

vale non soltanto per l'acqua pura, ma per qualsiasi soluzione acquosa. Se in acqua viene messo un acido che, dissociandosi, fa aumentare la concentrazione degli ioni H⁺, la concentrazione di quelli OH⁻ diminuisce e tale soluzione viene detta acida.

Se invece viene aggiunta una sostanza che fa aumentare la concentrazione deglio ioni OH⁻, la concentrazione deglio ioni H⁺ diminuisce e tale soluzione viene detta basica.

Le tre condizioni sopra citate possono essere così riepilogate:

Tutte le volte che si ha un aumento o una diminuzione della concentrazione degli ioni H⁺ si ha contemporaneamente una diminuzione o un aumento della concentrazione degli ioni OH⁻. Conoscendo la [OH⁻] è possibile calcolare la [H⁺] tramite la seguente formula: