Ionização da água e PH

 

O produto iónico, K w

Ionização da água ocorre endothermically d devido a flutuações de campo elétrico entre as moléculas vizinhas. Dipololibrations [ 191 ], resultantes de efeitos térmicos e ligações de hidrogênio favoráveis ​​localizada [ 567], Porque essas flutuações. O processo pode ser facilitado através da excitação do OH vibração overtone esticar [ 393]. Uma vez formados, os íons podem se separar por meio do mecanismo de Grotthuss mas normalmente recombinar dentro de um femtosegundos poucos. 

Raramente (uma vez a cada 11 horas por molécula, a 25 ° C, ou menos de uma vez por semana a 0 ° C) a quebra de ligação de hidrogênio localizada arranjo antes de permitir que os íons separados para retornar [ 191]. O par de íons (H + , OH - ) hidratar de forma independente e continuar a sua existência separada uma por cerca de 70 mS (esta vida também depende da extensão da ligação de hidrogênio, sendo menor em temperaturas mais baixas). Eles tendem a se recombinar quando separados por apenas uma ou duas moléculas de água.

 

2 O setas de equilíbrio  H + + OH -
w = [H + ] [OH - ]

 

Embora a extensão da ionização é pequena ([H + ] / [H 2 O] = 2,8 x 10 -9 a 37 ° C), as mudanças de ionização e consequentes nas concentrações pequenas de íons de hidrogênio têm importância absoluta para os processos de vida.Íons de hidrogênio são produzidos já hidratado (que é, como íons oxonium, H 3 O + , também chamado oxonium ou íons hydroxonium) e têm existência insignificante como prótons nua na água em estado líquido ou sólido, onde eles interagem muito fortemente com as nuvens de elétrons. 

Todos os três átomos de hidrogênio no íon oxonium são detidos por fortes ligações covalentes e são equivalentes (isto é, C 3v simetria). As equações acima são melhor escrita como:

2 H 2 O setas de equilíbrio  H 3 O + + OH -
w = [H 3 O + ] [OH - ]

 

Ambos os íons são kosmotropes iônicos , criando uma ordem e formar laços mais fortes de hidrogênio com moléculas de água circundantes. As concentrações de H 3 O + e OH - são normalmente tomadas como a concentração total de todos os pequenos grupos, incluindo estas espécies. Como outras moléculas de água são necessários para promover a hidrólise, a equação abaixo inclui os mais importantes. 

 

4 H 2 O setas de equilíbrio  H 5 O + + H 3 O -

 

A concentração de íons oxonium e hidróxido produzido é, portanto, igual à raiz quadrada da constante de ionização (K w).

 

Aquosa OH - não ionizar ainda mais como (O 2 - + H 2 O ->2OH - , K> 10 22 ). 

A concentração de íons oxonium (comumente chamado de "concentração de íons de hidrogênio") é muitas vezes dada em termos de pH, onde pH = Log 10 (1 / [H 3 O + ]) =-Log 10 ([H 3 O + ]) ( isto é, [H 3 O + ] = 10 -pH ) com a concentração de H 3 O + em mol l -1 . 

Mais precisamente pH = Log- 10 ( um H ) =-Log 10 ( H λ H / m °), onde um H, mH , λ H e m ° são os (molalidade base) em relação a atividade , molalidade, o coeficiente de atividade molal e molalidade padrão (1 mol kg -1 ) dos íons de hidrogênio. Em baixas concentrações normalmente encontradas, a concentração de íons hidrogênio é perto o suficiente para a atividade (molalidade based) relativo para o seu uso para a maioria dos propósitos. 

A atividade molar de íons de hidrogênio não pode ser determinada diretamente, mas pode ser determinado usando um eletrodo de vidro, relativamente à resposta de soluções tampão padrão de força iônica adequada. Eletrodo de vidro-determinados valores de pH estão sujeitos a erros e as concentrações de íons de hidrogênio calculadas devem ser tratados com cautela. Para mais informações e uma lista de normas primárias pH ver [ 813]. 

Prova de que o pH equação =-Log 10 (H + ) pode dar resultados enganosos (e pH = Log- 10 ( um H ) é o preferido) é facilmente mostrado como o pH de 0,1 M HCl diminui quando é diluído com M 5% LiCl [ 1107]. A escala de pH foi introduzido por Sørensen (como p H · ) em 1909 [ 1036] Usando medições colorimétricas eo eletrodo de hidrogênio, o que dá um potencial de eletrodo proporcional ao pH. A escala de pH estende-se a números negativos (por exemplo, HCl concentrado tem um pH de cerca de -1,1) e maior que 14 (por exemplo, NaOH saturada tem um pH de cerca de 15,0) [ 1187]. Há uma revisão recente do pH da água natural [ 1712]. Voltar ]

 

Em uma maneira semelhante pK w  é definida por pK w = Log 10 (1 / K w ) =-Log 10 (K w ), utilizando-se concentrações em mol l -1 .e 

 

 

pK w =-log 10 (K w ) [ IAPWS ]

Variação de K w com T e P

w é muito dependente da temperatura , aumentando com a temperatura (isto é, de 0,001 x 10 -14 mol 2 l -2 ​​a -35 ° C (pH 8,5) [ 112 ], 0,112 x 10 -14 mol 2 l -2 ​​a 0 ° C ( pH 7,5), a 0,991 x 10 -14 mol 2 l -2 ​​a 25 ° C (pH 7,0), a 9,311 x 10 -14mol 2 l -2 ​​a 60 ° C ( pH 6,5) [ 87 ]) , a 10 -12 mol 2 l -2 ​​a 300 ° C ( pH 6.0, ~ 50 MPa) [ 456] De acordo com o alto formação de clatratos incentiva ionização) antes de cair para um valor de cerca de 1 x 10 -16 mol 2 l -2 ​​, 5 M (com maiores concentrações interromper a ligação de hidrogênio).

 

No gelo, onde a ligação de hidrogênio locais raramente quebra de separar a formação constante e re-associando íons, a constante de ionização é muito menor (por exemplo, K w = 2 x 10 -20 mol 2 l -2 ​​a -4 ° C) 

fonte: http://www.lsbu.ac.uk/water/ionis.html

 

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