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+].

Dado que [H3O+] = [OH−] en una solución neutra, matemáticamente se deduce que, para una solución neutra el pH = 7 (en condiciones normales).

La auto ionización es el proceso que determina el pH del agua. Dado que la concentración de ión hidronio en c.n. (25 °C) es aproximadamente 1,0 . −7 mol/L, el pH del agua líquida pura a esta temperatura es 7. Dado que Kw aumenta cuando lo hace la temperatura, el agua caliente tiene una mayor concentración de iones hidronio que el agua fría, pero esto no significa que sea más ácida, ya que la concentración de hidróxido es también superior en la misma cantidad.

La Escala de pH

En 1909 el químico danes S.P.L. Sorensen introdujo el método de utilizar el número del exponente para expresar la acidez. La escala de acidez de Sorensen más tarde se conoció como la escala de pH.

pH es una medida de la acidez o la alcalinidad. La escala de el pH va desde 0 a 14. El punto medio de la escala del pH es 7, aquí hay un equilibrio entre la acidez y alcalinidad. Dicha solución seria neutral.

Las normas del pH empiezan con una definición de pH. La p viene de la palabra poder. La H por supuesto es el símbolo de el elemento hidrógeno. Juntos el término pH significa hidrión exponente iónico. A medida que el potencial de liberar iones de hidrogeno incrementan en una sustancia el valor del pH sera menor. Es así como a mayor grado de acidez la lectura del pH será mas baja.

La escala del pH es logarísmica, significando que los valores separando cada unidad no son iguales en la escala por el contrario incrementan de manera proporcional a la distancia a la que se encuentren de la mitad de la escala el punto de equilibrio entre acidez y alcalinidad.

Toda solución neutra tiene un pH de 7. Una solución acida tiene un pH menor que 7. Una solución básica (Alcalina) tiene un pH mayor que 7. Cuanto mas bajo es el pH mas acida es la solución, cuanto mas alto es el pH, mas básica es la solución.

Los valores son multiplicados por 10 en cada unidad. Es por eso que el valor del pH de 6 es 10 veces más acídico que un pH con un valor de 7, pero un pH de 5 es 100 veces mas acídico que un pH de 7. De otra forma el valor del pH de 8 es 10 veces más alcalino que un pH con un valor de 7, pero un pH de 9 es 100 veces mas alcalino que un pH de 7.

Cuando este probando el pH de su orina o saliva y la lectura le da una medida de un pH de 5.5 puede no parecer acídica (después de todo solo esta 1.25 puntos por debajo de 7), sin embargo es muy acídica. Es más es 50 veces más acídica de lo que es considerado saludable.

Otro dato importante es que en orden de revertir y neutralizar la acidez, se requiere una gran cantidad de elementos alcalinos. En matemáticas sería algo como así:

En orden de cambiar el pH de un galón de una solución, de 5.5 a 7.0, se requerirían mas de 20 galones de una solución con un pH de 7.5.

Medición del pH

Un método para determinar el pH es el que se basa en el uso de ciertas sustancias químicas llamadas indicadores acido-base. Estos indicadores son colorantes que cambian de color a valores de pH específicos. Algunos indicadores son colorantes sintéticos, y otros son de origen vegetal o animal. Cada colorante indicador tiene un color determinado en solución acida y otro color en una solución mas básica (cambia del acido a su base conjugada). Por ejemplo el tornadol es rojo en soluciones acidas y azul en soluciones básicas. Las combinaciones de ciertos colorantes indicadores presentan una gama completa de colores a medida que el pH cambia de muy básico a muy acido. Seleccionando el indicador acido-base apropiado, se puede determinar el pH de casi cualquier solución acuosa incolora.

Los aparatos medidores de pH (potenciómetros) permiten realizar mediciones mas exactas del pH por medios eléctricos. Por lo general, estos instrumentos miden el pH con una presicion de aproximadamente 0.01 unidades de pH. Con un potenciómetro se puede determinar el pH de muestras de sangre, orina y otras mezclas coloridas o complejas.

Conclusiones

• La auto ionización es el proceso que determina el pH del agua

• En soluciones acidas, la [H+] es mayor que 1.0 x 10^-7, En soluciones alcalinas, la [H+] es menor que 1.0 x 10^-7, en soluciones neutras, la [H+] es igual a 1.0 x 10^-7.

• Un cambio de acidez de una unidad completa de pH corresponde a un cambio de 10 veces en la concentración de iones hidrogeno.

• El numero de digitos después del punto decimal de un log o pH debe ser igual al número de cifras significativas del numero original

• En una solución neutra, tanto el pH como el pOH son iguales a 7.

• La adicion de un acido reduce el pH pero aumenta el pOH

• La adicion de una base reduce el pOH pero aumenta el pH

• La suma del pH y pOH siempre es igual a 14.

Bibliografía

• http://es.wikipedia.org/wiki/Autoionizacion_del_agua

• http://www.nutrivea-es.com/la_escala_del_ph.htm

• http://quimica.laguia2000.com/general/autoionizacion-del-agua

• Fundamentos de Química Cuarta Edición de Ralph-+ A. Burns

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