Escreva uma equação química que ilustre a auto-ionização da água.

Passo 1

O enunciado pede que eu escreva uma equação química que ilustre a auto-ionização da água.
Informações dadas: nenhuma outra — só a tarefa de representar a auto-ionização.

Passo 2

O que acontece na auto-ionização da água: duas moléculas de água trocam um próton entre si; uma atua como doadora de próton e vira íon hidróxido, a outra aceita o próton e vira o íon hidrônio. Em forma química isso se escreve como:
\mathrm{2H_2O \rightleftharpoons H_3O^+ + OH^-}
Aqui:
\mathrm{H_2O} é a molécula de água;
\mathrm{H_3O^+} é o íon hidrônio (às vezes escrito como \mathrm{H^+}, mas em solução aquosa ele está solvatado como \mathrm{H_3O^+});
\mathrm{OH^-} é o íon hidróxido;
a seta dupla \rightleftharpoons indica que é um equilíbrio — a reação acontece nos dois sentidos.

Passo 3

Outra forma equivalente, mais compacta, é escrever a água gerando um próton livre:
\mathrm{H_2O \rightleftharpoons H^+ + OH^-}
Observação didática: na prática experimental costuma-se usar \mathrm{H_3O^+} porque o próton livre não existe isolado em água — ele fica ligado a moléculas de água formando hidrônio.

Passo 4

Para ligar isso a números (útil na prova): define-se a constante de ionização da água K_w como
K_w = [\mathrm{H_3O^+}][\mathrm{OH^-}].
A 25 °C, o valor experimental é
K_w = 1{,}0\times10^{-14}.
Em água pura, as concentrações são iguais, ou seja [\mathrm{H_3O^+}]=[\mathrm{OH^-}]=x. Então
x^2 = 1{,}0\times10^{-14}\quad\Rightarrow\quad x = \sqrt{1{,}0\times10^{-14}} = 1{,}0\times10^{-7}\\ \text{M}.
Isso explica por que a água pura tem \mathrm{pH}=7, já que \mathrm{pH} = -\log_{10}[\mathrm{H_3O^+}].

Passo 5

Resumo prático para a prova: escreva a equação com hidrônio e hidróxido (mais correta em solução aquosa) e, se pedirem, dê a expressão de K_w e os valores típicos em 25 °C que acabei de mostrar — isso costuma valer ponto extra.

Resposta

\mathrm{2H_2O \rightleftharpoons H_3O^+ + OH^-}

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