Autoionización del agua y pH

Autoionización del agua.

La conductividad eléctrica del agua, aunque es pequeña, revela que una parte de sus moléculas se disocian en iones. Este fenómeno se conoce como autoprotólisis o autoionización del agua.  En este proceso, dos moléculas de agua interactúan: una actúa como ácido (cediendo un protón) y la otra como base (aceptando el protón). Como resultado, se forman un ion hidronio (H3O+) y un ion hidróxido (OH-).

Si estudiamos la constante de equilibrio del proceso:

La concentración del agua sin disociar es mucho mayor que la de los iones, por lo que se puede considerar constante.
Como Kc es también constante, podemos agrupar ambos valores para formar una nueva: la constante de auto ionización del agua, o producto iónico del agua:

A 25°C, el valor de Kw es 1.008 x 10-14. 

Por tanto, podemos obtener las concentraciones de H3O+ y OH- en agua pura, sabiendo que: 

Para simplificar el manejo de estas concentraciones tan pequeñas, se utiliza el concepto de pH:

Así es como deducimos que el pH de una disolución de agua destilada es 7. 

Escala de pH.

Al añadir un ácido a una muestra de agua destilada, aumenta su número de protones. 

Teniendo en cuenta el producto iónico del agua, es fácil deducir que:

Al contrario, al añadir una base a una muestra de agua destilada, aumenta la concentración de hidroxilos, y por tanto: 

Así que tenemos tres situaciones diferenciadas en torno a la concentración de protones: 

• Disoluciones ácidas: 

• Disoluciones básicas: 

• Disoluciones neutras: 

En función de esto, podemos generar una escala de pH gradual, en función de la concentración de protones y el pH correspondiente. 

Concepto de pOH

Igual que el pH está relacionado con la concentración de protones, podemos definir una magnitud similar, relacionada con la concentración de hidroxilos:

Nos será muy útil cuando queramos calcular el pH en disoluciones de electrolitos básicos, en las cuales no podremos medir la concentración de protones. 

Para encontrar su relación con el pH, podemos volver a la expresión de la autoprotólisis del agua: 

Tomando logaritmos a ambos lados:

Usando propiedades de los logaritmos:

A través de esta expresión, podremos encontrar el pH a partir del pOH y viceversa siempre que lo necesitemos.