Autoionização da Água

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Entender o caráter ácido-básico das substâncias químicas é muito importante para compreender a sua reatividade. Assim, vamos recordar brevemente como ácidos e bases reagem?

Segundo a Teoria de Arrhenius, ácidos são as substâncias que, em soluções aquosas, por ionização, produzem H+. Já as bases produzem (OH)– por dissociação iônica (exceto o NH3, que sofre ionização, já que é uma base molecular). No entanto, existem também teorias modernas que explicam as características de ácidos e bases (teoria de Brönsted-Lowry e teoria de Lewis).

Tendo isso em vista, vamos nos dedicar, neste capítulo de nosso estudo, a entender como é medido o caráter ácido – base de soluções aquosas.

Produto Iônico da Água

Diversas observações experimentais, como medidas de condutibilidade elétrica, mostram que a água, quando pura ou quando usada como solvente, se ioniza numa extensão muito pequena. Consequentemente, ela origina o seguinte equilíbrio, conhecido como auto-ionização da água ou equilíbrio iônico da água:

Apesar da primeira representação simbolizar melhor o mecanismo da reação, este equilíbrio é usualmente escrito como:

Note que as representações (H3O)+ e H+ e são equivalentes. Entretanto, enquanto a primeira é mais próxima do fenômeno real, a segunda é mais simples.

Assim como os outros equilíbrios vistos até aqui, a constante do equilíbrio iônico da água pode ser representada por:

Como o grau de ionização da água pura é extremamente baixo (∝ ≅ 1,8 . 10-9) – ou seja, de cada 555.000.000 de moléculas de água, apenas uma se ioniza – pode se assumir que a concentração de água é constante:

Essa constante é chamada produto iônico da água (Kw). Note que a letra w vem do termo em inglês “water”. Se considerarmos a densidade da água pura igual a 1 g/mL, podemos afirmar que, em um 1 litro de água:

Substituindo essa expressão na representação de Kw, temos:

Conforme as demais constantes cinéticas, Kw sofre variações apenas com mudanças na temperatura. Olhe os exemplos abaixo:

A partir desse raciocínio, podemos dizer que:

► Em soluções aquosas ácidas, teremos em maior quantidade os íons H+, já que os íons H+ liberados pelo ácido se somarão aos poucos H+ da água. O aumento da concentração de H+ desloca o equilíbrio iônico da água no sentido de formação da água pura. Consequentemente, teremos menor concentração de íons (OH)–.

► Em soluções básicas, ocorre o fenômeno análogo. Assim, a concentração de íons (OH)– é maior que a de íons H+.

Resumindo:

► Em soluções neutras, a concentração de íons H+ é idêntica a de íons (OH)–. À temperatura de 25° C, seu valor corresponde a 1.10-7 mol/L. Essas afirmações se justificam através da análise de Kw (lembre-se que ele só varia com mudanças de temperatura):

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