Obiettivi di apprendimento
- Definire la costante del prodotto ionico dell’acqua.
- Definire la soluzione acida.
- Definire la soluzione basica.
- Utilizzare la costante per calcolare o quando l’altra è nota.
Cosa c’è dentro?
Un tempo si potevano togliere i piccoli tappi dalla parte superiore di una batteria per auto e controllare lo stato dell’acido solforico all’interno. Se era basso, si poteva aggiungere altro acido. Ma l’acido solforico è roba pericolosa, quindi le batterie sono ora sigillate per proteggere le persone. A causa della natura pericolosa dell’acido, non è una buona idea tagliare una batteria per vedere com’è fatta: potresti avere ustioni da acido.
Il prodotto ionico dell’acqua
L’auto-ionizzazione dell’acqua (il processo in cui l’acqua si ionizza in ioni idronio e ioni idrossido) avviene in misura molto limitata. Quando due molecole d’acqua si scontrano, ci può essere un trasferimento di uno ione idrogeno da una molecola all’altra. I prodotti sono uno ione idronio caricato positivamente e uno ione idrossido caricato negativamente.
Si usa spesso la forma semplificata della reazione:
La costante di equilibrio per l’auto-ionizzazione dell’acqua è indicata come lo ione-prodotto per l’acqua ed è data dal simbolo 
.
Il prodotto ionico dell’acqua 
è il prodotto matematico della concentrazione di ioni idrogeno e ioni idrossido. Si noti che H 2 O non è incluso nell’espressione del prodotto ionico perché è un liquido puro. Il valore di è molto piccolo, in accordo con una reazione che favorisce i reagenti. A 25°C, il valore determinato sperimentalmente di nell’acqua pura è 1,0 × 10 -14 .
Nell’acqua pura, le concentrazioni degli ioni idrogeno e idrossido sono uguali tra loro. L’acqua pura o qualsiasi altra soluzione acquosa in cui questo rapporto si mantiene è detta neutra. Per trovare la molarità di ogni ione, si prende la radice quadrata di .
Una soluzione acida è una soluzione in cui la concentrazione di ioni idrogeno è maggiore della concentrazione di ioni idrossido. Per esempio, il cloruro di idrogeno si ionizza per produrre ioni H + e Cl – quando si scioglie in acqua.
Questo aumenta la concentrazione di ioni H + nella soluzione. Secondo il principio di LeChâtelier, l’equilibrio rappresentato da 
è forzato a sinistra, verso il reagente. Di conseguenza, la concentrazione dello ione idrossido diminuisce.
Una soluzione basica è una soluzione in cui la concentrazione di ioni idrossido è maggiore della concentrazione di ioni idrogeno. L’idrossido di potassio solido si dissocia in acqua per produrre ioni potassio e ioni idrossido.
L’aumento della concentrazione degli ioni OH – causa una diminuzione della concentrazione degli ioni H + e lo ione-prodotto di rimane costante
Problema di esempio: Uso di per una soluzione acquosa
L’acido cloridrico (HCl) è un acido forte, cioè è ionizzato al 100% in soluzione. Qual è il e il in una soluzione di 2,0 × 10 3 M HCl?
Passo 1: Elencare i valori noti e pianificare il problema.
Noto
- = 2,0 × 10 -3 M
Ignoto
- = ? M
- = ? M
Perché l’HCl è ionizzato al 100%, la concentrazione di ioni H+ in soluzione sarà uguale alla concentrazione originale di HCl. Ogni molecola di HCl che era originariamente presente si ionizza in uno ione H + e uno ione Cl -. La concentrazione di OH – può quindi essere determinata dalla e .
Passo 2: Risolvere .
Passo 3: Pensare al proprio risultato.
La è molto più alta della perché la soluzione è acida. Come per altre costanti di equilibrio, l’unità per è abitualmente omessa.
Sommario
- Si descrive l’auto-ionizzazione dell’acqua e si afferma una costante di ionizzazione per il processo.
- Si definiscono soluzioni acide e basiche.
- Si illustrano i calcoli con .
Pratica
Leggete le prime due pagine di questo volantino sulla ionizzazione dell’acqua e fate questi problemi pratici.
Rassegna
- Cos’è una soluzione acida?
- Che cos’è una soluzione basica?
- Qual è il valore di una soluzione che ha una concentrazione di
?
Glossario
- soluzione acida: Una soluzione in cui la concentrazione di ioni idrogeno è maggiore della concentrazione di ioni idrossido.
- soluzione basica: Una soluzione in cui la concentrazione di ioni idrossido è maggiore della concentrazione di ioni idrogeno.
- prodotto ionico dell’acqua : Il prodotto matematico della concentrazione di ioni idrogeno e ioni idrossido.
- autoionizzazione dell’acqua: Il processo in cui l’acqua si ionizza in ioni idronio e ioni idrossido.