Autoionizacion Del Agua

El agua tiene una importancia fundamental en biología, porque es el medio en el cual tiene lugar los procesos vitales.

En efecto todos los seres vivientes contienen agua y por lo general es su componente mas abundante.

Por ejemplo, en los vegetales superiores un 80-85% es agua y en el hombre adulto el porcentaje supera el 60% (en un recién nacido el 70%)

Al pensar en agua se piensa en moléculas de H2O. Pero incluso el agua mas pura no es solo H2O. Alrededor de una molécula de cada 500 millones transfiere un protón a otra H2O para formar un ion hidronio y un ion hidróxido.

H2O + H2O(1) ↔ H3O+ + OH-

Acido Base Acido Base

Esta ecuación representa el concepto de Bronsted-Lowry de lo que ocurre: Una molécula de agua, que actúa como acido, dona un protón a otra molécula de agua, que actúa como base. Como se representa en la ecuación, el agua esta en equilibrio con iones hidronio y iones hidróxido, pero el equilibro esta desplazado hacia la izquierda. Pocas moléculas de agua participan en la transferencia de protones mientras se empujan unas a otras.

La auto ionización del agua, también conocida con el nombre de, auto disociación del agua, es la reacción que se produce para que dos moléculas de agua reaccionen, disociándose y produciendo un ión hidronio y un ión hidróxido. Este proceso está basado en la naturaleza anfótera de la molécula del agua.

Esta reacción también sirve para determinar el pH de una solución, definición que veremos más adelante.

Auto ionización del Agua

La auto ionización del agua (también llamada auto disociación del agua) es la reacción química en la que dos moléculas de agua reaccionan para producir un ión hidronio (H3O+) y un ión hidróxido (OH−):

2 H2O (l) H3O+ (aq) + OH− (aq)

Este es un ejemplo de auto protolisis, y se basa en la naturaleza anfotérica del agua.

El agua, aunque sea pura, no es una simple colección de moléculas de H2O. Incluso en "agua pura", un equipo sensible puede detectar una conductividad muy leve de 0,055 μS • cm-1. Según las teorías de Arrhenius, esto se debe a la presencia de iones.

Concentración y Frecuencia

La anterior reacción tiene una constante de equilibrio químico de:

Keq = ([H3O+] [OH−]) / [H2O]2 = 3,23.10−18.

Así la constante de constante de acidez es:

Ka = Keq. [H2O] = ([H3O+] [OH−]) / [H2O] = 1,8.10−16.1

Para reacciones en agua (o en soluciones acuosas diluidas), la molaridad (una unidad de concentración) del agua, [H2O], es prácticamente constante y se omite por convenio de la expresión de la constante de acidez. La constante de equilibrio que resulta se denomina constante de ionización, constante de disociación, constante de auto ionización, o producto iónico del agua y se simboliza por Kw.

Kw = Ka. [H2O] = Keq. [H2O]2 = [H3O+] . [OH−]

Donde

[H3O+] = molaridad del ión hidrógeno o hidronio, y

[OH−] = molaridad del ión hidróxido.

En condiciones estándar de presión y temperatura, alrededor de 25 °C (298 K):

Kw = [H3O+] . [OH−] = 1,0 . 10−14.

El agua pura se ioniza o disocia en cantidades iguales de H3O+ y OH−, por lo que sus molaridades son iguales:

[H3O+] = [OH−]

En condiciones estándar las concentraciones de hidróxido e hidronio son ambas tan bajas como 1,0. 10−7 mol/L y los iones rara vez se producen: una molécula de agua seleccionada al azar se disocia aproximadamente cada 10 horas.2 Puesto que la concentración de moléculas de agua en el agua está en su mayor parte sin afectar por la disociación y [H2O] es aproximadamente de 56 mol/L, se deduce que por cada 5,6. 108 moléculas de agua, existirá un par de moléculas como iones. Cualquier solución en la que las concentraciones de H3O+ y OH− sean iguales se considera una solución neutra. El agua totalmente pura es neutra, aunque incluso pequeñas cantidades de impurezas pueden afectar a estas concentraciones de iones y el agua ya no sería neutra. Kw es sensible a la presión y la temperatura, aumentando cuando alguno de ellos aumenta.

Cabe señalar que el agua des ionizada es el agua del grifo o de fuentes naturales a la que se le han quitado la mayoría de iones impureza (como Na+ y Cl-) por medio de la destilación o algún otro método de purificación de agua. La eliminación de todos, los iones del agua es casi imposible, ya que el agua se auto ioniza para alcanzar el equilibrio.

Dependencia de la Temperatura

Por definición, pKw = −log10 Kw. En concisiones normales, pKw = −log10 (1,0 . 10−14) = 14,0. El valor de pKw varía con la temperatura. Cuando aumenta la temperatura, pKw disminuye; y cuando la temperatura disminuye, pKw aumenta (para temperaturas por encima o alrededor de 250 °C). Esto significa que la auto ionización del agua generalmente aumenta con la temperatura.

También hay una (generalmente pequeña) dependencia de la presión (aumenta cuando se aumenta la presión). La dependencia de la ionización del agua de la temperatura y la presión ha sido bien investigada y existe una formulación estándar.

Acidez

El pH es una medida logarítmica de la acidez (o alcalinidad) de una solución acuosa. Por definición,

pH = −log10 [H3O+].

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