A água pura apresenta condutividade elétrica (CE) nula enquanto o \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4} anidro e \mathrm{H}_{3} \mathrm{PO}_{4} anidro têm alta CE . Por que?

Passo 1

O enunciado pergunta por que a condutividade elétrica (CE) da água pura é nula (ou muito próxima de zero) enquanto o \mathrm{H}_2\mathrm{SO}_4 anidro e o \mathrm{H}_3\mathrm{PO}_4 anidro apresentam alta CE.
Informações dadas (diretas do enunciado):
  • Água pura: CE nula (ou muito baixa).
  • \mathrm{H}_2\mathrm{SO}_4 anidro: alta CE.
  • \mathrm{H}_3\mathrm{PO}_4 anidro: alta CE.

Passo 2

O que é necessário para um líquido conduzir eletricidade? Vou explicar devagarinho: a corrente elétrica em líquido precisa de portadores de carga móveis. Esses portadores são, na maioria dos líquidos iônicos, íons (cátions e ânions). Uma fórmula prática que liga condutividade à presença de íons é
\kappa=\sum_i \lambda_i c_i,
onde:
  • \kappa é a condutividade elétrica do líquido;
  • \lambda_i é a condutividade molar do íon i (medida da mobilidade do íon e da sua carga);
  • c_i é a concentração molar do íon i.
    Resumo intuitivo: mais íons e/ou íons mais móveis → maior \kappa. Menos íons → \kappa pequena (próxima de zero).

Passo 3

Por que água pura não conduz (praticamente)? A água é formada por moléculas neutras e covalentes, e só gera íons por autoionização muito fraca, reação chamada autoprotólise:
2\mathrm{H}_2\mathrm{O} \rightleftharpoons \mathrm{H}_3\mathrm{O}^+ + \mathrm{OH}^-.
A constante de ionização da água a 25^\circ\mathrm{C} é
K_w=[\mathrm{H}_3\mathrm{O}^+][\mathrm{OH}^-]\approx10^{-14},
o que implica concentrações muito baixas
[\mathrm{H}_3\mathrm{O}^+]=[\mathrm{OH}^-]\approx10^{-7}\\ \mathrm{M}.
Plugando isso na fórmula de condutividade, como c_i é da ordem de 10^{-7}\\ \mathrm{M}, a \kappa fica desprezivelmente pequena. Por isso dizemos que água “pura” praticamente não conduz — porque quase não há portadores de carga.

Passo 4

Por que \mathrm{H}_2\mathrm{SO}_4 anidro conduz bem? O ácido sulfúrico puro (anelado, sem água) se comporta de forma diferente: há reação de autoprotólise entre moléculas de ácido que gera íons, por exemplo
2\mathrm{H}_2\mathrm{SO}_4 \rightleftharpoons \mathrm{H}_3\mathrm{SO}_4^+ + \mathrm{HSO}_4^-.
Além disso, o \mathrm{H}_2\mathrm{SO}_4 é um ácido muito forte (primeira dissociação completa quando há água) e, mesmo anidro, a rede de ligações de hidrogênio e a polarizabilidade das espécies favorecem a formação e a estabilidade de íons. Dois pontos importantes que aumentam \kappa no ácido sulfúrico anidro:
  • grande concentração de espécies capazes de doar/aceitar prótons → muitas partículas carregadas por volume comparado aos 10^{-7}\\ \mathrm{M} da água;
  • prótons são extremamente móveis por mecanismos de transferência rápida (o chamado mecanismo de Grotthuss, “salto de próton”), o que aumenta \lambda_i.
    Tudo isso faz com que \kappa seja alto.

Passo 5

E o \mathrm{H}_3\mathrm{PO}_4 anidro? O raciocínio é análogo, embora a força ácida seja menor que a do ácido sulfúrico. Existe autoprotólise do tipo
2\mathrm{H}_3\mathrm{PO}_4 \rightleftharpoons \mathrm{H}_4\mathrm{PO}_4^+ + \mathrm{H}_2\mathrm{PO}_4^-,
ou outras formas de transferência de próton entre moléculas. Mesmo sendo menos “forte” que \mathrm{H}_2\mathrm{SO}_4, o ácido fosfórico anidro apresenta concentrações de espécies carregadas muito maiores que a água pura e ainda permite condução por salto protônico. Portanto sua condutividade também é alta (normalmente menor que a do \mathrm{H}_2\mathrm{SO}_4 anidro, mas muito maior que a da água pura).

Passo 6

Uma comparação de ordens de grandeza para fixar a ideia: na água pura [\mathrm{H}^+]\approx10^{-7}\\ \mathrm{M}. Num ácido puro a concentração total de moléculas é da ordem de unidades a dezenas de mol por litro (por exemplo \sim 10\\ \mathrm{M}). Mesmo que só uma fração dessas moléculas gere íons, a concentração de íons no ácido puro é dezenas a centenas de milhões de vezes maior que em água pura. Pela relação \kappa=\sum_i \lambda_i c_i, isso explica a enorme diferença na condutividade.

Passo 7

Resumo físico-químico e conclusão (didático): para conduzir precisamos de cargas móveis. A água pura tem praticamente nenhuma carga livre (apenas os íons minúsculos da autoprotólise), então sua CE é quase zero. Os ácidos anidros citados formam íons por autoprotólise/dissociação e têm redes que facilitam o movimento rápido de prótons (mobilidade alta), logo têm muitos portadores de carga e alta mobilidade — resultado: alta condutividade elétrica.

Resposta

Porque a água pura só tem íons em concentração extremamente baixa devido à autoprotólise 2\mathrm{H}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons\mathrm{H}_3\mathrm{O}^++\mathrm{OH}^- ( [\mathrm{H}_3\mathrm{O}^+]\approx10^{-7}\\ \mathrm{M} ), logo sua condutividade é desprezível; já o \mathrm{H}_2\mathrm{SO}_4 anidro e o \mathrm{H}_3\mathrm{PO}_4 anidro sofrem autoprotólise/dissociação que gera muitas espécies iônicas ( 2\mathrm{H}_2\mathrm{SO}_4\rightleftharpoons\mathrm{H}_3\mathrm{SO}_4^++\mathrm{HSO}_4^-, 2\mathrm{H}_3\mathrm{PO}_4\rightleftharpoons\mathrm{H}_4\mathrm{PO}_4^++\mathrm{H}_2\mathrm{PO}_4^-) e permitem transferência rápida de prótons (mecanismo de Grotthuss), resultando em alta condutividade.

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