L'acqua, sebbene comunemente rappresentata come H₂O, subisce un processo di auto-ionizzazione (o autoprotolisi) in cui una molecola d'acqua agisce come un acido, donando un protone (H⁺) a un'altra molecola d'acqua che agisce come base.
La reazione chimica che descrive questo processo è:
2H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻
Dove:
Questo equilibrio è spostato fortemente verso la sinistra; ciò significa che solo una piccola frazione di molecole d'acqua sono ionizzate in un dato momento. In acqua pura a 25°C, la concentrazione di ioni idronio e idrossido è di circa 1.0 x 10⁻⁷ mol/L.
La costante di auto-ionizzazione dell'acqua (Kw) è definita come:
Kw = [H₃O⁺] [OH⁻]
A 25°C, Kw = 1.0 x 10⁻¹⁴. Questo valore varia con la temperatura; all'aumentare della temperatura, Kw aumenta, indicando un maggiore grado di ionizzazione.
L'auto-ionizzazione dell'acqua è fondamentale per comprendere il comportamento acido-base delle soluzioni acquose. La conoscenza di Kw è essenziale per calcolare il pH e il pOH di una soluzione e per capire come le reazioni chimiche influenzano l'equilibrio tra [H₃O⁺] e [OH⁻]. La costante di equilibrio gioca quindi un ruolo importante nel determinare l'acidità o la basicità di una soluzione.
La ionizzazione dell'acqua è un processo dinamico. Gli ioni idronio e idrossido si riformano continuamente attraverso la collisione di altre molecole d'acqua, mantenendo un equilibrio costante. La presenza di acidi o basi in soluzione influenzerà questo equilibrio, spostando la reazione acido-base verso la produzione di ioni idronio (in presenza di un acido) o ioni idrossido (in presenza di una base). Comprendere l'auto-ionizzazione dell'acqua è cruciale per calcolare il pH delle soluzioni acquose.
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