Αυτοϊοντισμός νερού

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Autoprotolyse eau.svg

Αυτοïοντισμός του νερού είναι η αντίδραση του νερού ή κάποιου υδατικού διαλύματος, κατά την οποία το μόριο του νερού Η2Ο χάνει ένα πρωτόνιο (ένα άτομο H+) αφήνοντας πίσω του ένα ιόν ΟΗ και σχηματίζοντας ένα κατιόν υδρονίου H3O+ (πρωτονίωση).[1] Από την αντίδραση αυτή οφείλεται και η μικρή αγωγιμότητα (0.055 µS∙cm−1) που εμφανίζεται στο νερό, αν και συνήθως θεωρείται μη ηλεκτρολύτης[1]

Ο αυτοϊοντισμός του νερού περιγράφεται από την αμφίδρομη αντίδραση:

Η2Ο + Η2Ο  \rightleftharpoons Η3Ο+ + ΟΗ-

Στην πρωτολυτική αυτή αντίδραση το ένα μόριο νερού δρα ως οξύ (δότης πρωτονίου) και το άλλο δρα ως βάση (δέκτης πρωτονίου) σύμφωνα με τη θεωρία των Bronsted-Lowry. Συνήθως στους χημικούς τύπους εμφανίζεται το σύμβολο H+, δηλαδή εμφανίζεται στην αντίδραση ένα πρωτόνιο, ενώ στην πραγματικότητα υπάρχει συνενωμένο σε ένα μόριο νερού ως Η3Ο+. Η περιεκτικότητα ενός διαλύματος σε Η3Ο+ και ΟΗ- καθορίζει το pH του.


Γενικότερα ο αυτοïοντισμός, είναι η αντίδραση στην οποία δύο όμοια μόρια αντιδρούν παρέχοντας ιόντα. Υπάρχουν και άλλες χημικές ενώσεις που αυτοϊοντίζονται όπως π.χ. η αμμωνία ΝΗ3 (ΝΗ3 + ΝΗ3  \rightleftharpoons ΝΗ4+ + ΝΗ2-), το θειικό οξύ Η2SO42SO4 + H2SO4  \rightleftharpoons H3SO4+ + HSO4-) κ.ά.

Σταθερά ισορροπίας[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η σταθερά ισορροπίας του αυτοϊοντισμού του νερού είναι

K_{\rm c} = \frac{[{\rm{H_3O^+}}][{\rm{OH^-}}]}{[{\rm{H_2O}}]^2}

από όπου προκύπτει η σταθερά γινομένου ιόντων του νερού ή σταθερά ιοντισμού του νερού Κw .

K_{\rm w}=[{\rm{H_3O^+}}][{\rm{OH^-}}]

Η οποία για 25 °C είναι ίση με Kw=1.0×10−14.[1]


Από αυτήν ορίζουμε και την pK_{\rm w} = -\log_{10} K_{\rm w}

Εξάρτηση από θερμοκρασία, πίεση, ιοντική ισχύ[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Θερμοκρασιακή εξάρτηση του ιονισμού του νερού σε σταθερή πίεση 25 MPa
Εξάρτηση ιονισμού του νερού από την πίεση, σε σταθερή θερμοκρασία 25 °C
Μεταβολή του pKw με την ιοντική ισχύ διαλυμάτων NaCl σε θερμοκρασία25 °C

Η εξάρτηση του ιονισμού του νερού από τη θερμοκρασία και την πίεση έχει ερευνηθεί εκτενώς.[2] Η τιμή της pKw μειώνεται όσο η θερμοκρασία αυξάνεται, από το σημείο ζέσεως του πάγου μέχρι τουλάχιστον τους 250 °C περίπου, μετά αυξάνεται μέχρι το κρίσιμο σημείο του νερού στους 374 °C. Αντίστοιχα μειώνεται όσο αυξάνεται η πίεση.

Τιμές pKw για το νερό.[3]
Θερμοκρασία Πίεση[4] pKw
0 °C 0.10 MPa 14.95
25 °C 0.10 MPa 13.99
50 °C 0.10 MPa 13.26
75 °C 0.10 MPa 12.70
100 °C 0.10 MPa 12.25
150 °C 0.47 MPa 11.64
200 °C 1.5 MPa 11.31
250 °C 4.0 MPa 11.20
300 °C 8.7 MPa 11.34
350 °C 17 MPa 11.92

Σε υλεκτρολυτικά διαλύματα, η τιμή της pKw εξαρτάται από την ιοντική ισχύ του ηλεκτρολύτη. Οι τιμές για διαλύματα NaCl είναι τυπικές για αναλογία 1:1 με ηλεκτρολύτες. Για αναλογία 1:2 η pKw μειώνεται όσο αυξάνεται η ιοντική ισχύς.[5]

Η τιμή της Kw συνήθως μας ενδιαφέρει στην υγρή φάση. Ενδεικτικές τιμές για υπέρθερμο ατμό και υπερκρίσιμο νερό εμφανίζονται στον ακόλουθο πίνακα:

Ενδεικτικές τιμές pKw για νερό στην υγρή φάση, ως υπέρθερμος ατμός, και ως υπερκρίσιμο ρευστό.[6]
T/°C 350 400 450 500 600 800
0.1 MPa 11.920 (l)a 47.961b 47.873b 47.638 b 46.384 b 40.785 b
25 MPa 11.551 (l)c 16.566 18.135 18.758 19.425 20.113
100 MPa 10.600 (l)c 10.744 11.005 11.381 12.296 13.544
1000 MPa 8.311 (l)c 8.178 8.084 8.019 7.952 7.957

Οι τιμές αναφέρονται σε υπερκρίσιμο ρευστό εκτός από αυτές που σημειώνονται με: a για την πίεση κορεσμού στους 350°C. b υπέρθερμος ατμός. c υποψυχθέν υγρό.

Δείτε επίσης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Παραπομπές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. 1,0 1,1 1,2 D. Ebbing, S. Gammon. Γενική Χημεία. ΤΡΑΥΛΟΣ. σελ. 665. ISBN 960-7990-66-8. 
  2. International Association for the Properties of Water and Steam (IAPWS)
  3. Bandura, Andrei V.; Lvov, Serguei N. (2006). «The Ionization Constant of Water over Wide Ranges of Temperature and Density». Journal of Physical and Chemical Reference Data 35 (1): 15–30. doi:10.1063/1.1928231. http://www.nist.gov/data/PDFfiles/jpcrd696.pdf. 
  4. 0.1 MPa for T < 100°C. Saturation pressure for T ≥ 100°C.
  5. Harned, H.S.; Owen,, B.B. (1958). The Physical Chemistry of Electrolytic Solutions (£rd. έκδοση). New York: Reinhold Publishing Corp.,. σελ. 634–649, 752–754. 
  6. "Release on the Ionization Constant of H2O" The International Association for the Properties of Water and Steam, Lucerne, Switzerland, August 2007.
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Self-ionization of water της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).