Observe a reação abaixo:
2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{(\mathrm{l})} \rightleftharpoons \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}{ }_{(\mathrm{aq})}+\mathrm{OH}^{-}{ }_{(\mathrm{aq})}
Esta reação é conhecida por auto-ionização da água. A constante de equilíbrio para essa reação é representada pela notação K_{W} (W vem do termo “water”, tradução de “água” para o inglês) e possui valor de 1,0.10^{-14} à temperatura de 25^{\circ} \mathrm{C}. Ao reduzir a temperatura, diminui-se também o valor da constante de auto-ionização da água. A 0^{\circ} \mathrm{C}, esse valor é 1,12 \cdot 10^{-15}. Nesta temperatura de 0^{\circ} \mathrm{C}, uma solução com \mathrm{pH}= 7 possui caráter ácido, alcalino ou neutro? Justifique a sua resposta.

Passo 1

O enunciado trata da auto‐ionização da água a 0\,^\circ\mathrm{C}, em que
K_{W}=[\mathrm{H}_{3}\mathrm{O}^{+}][\mathrm{OH}^{-}]=1{,}12\times10^{-15}.
Pergunta-se se, nessa temperatura, uma solução com \mathrm{pH}=7 é ácida, neutra ou alcalina. Para responder, vamos comparar as concentrações [\mathrm{H}_{3}\mathrm{O}^{+}] e [\mathrm{OH}^{-}] a partir do \mathrm{pH} e de K_{W}.

Passo 2

A definição de \mathrm{pH} dá a concentração de íons hidronio:
\mathrm{pH}=7\quad\Longrightarrow\quad[\mathrm{H}_{3}\mathrm{O}^{+}]=10^{-\mathrm{pH}}=10^{-7}\,\mathrm{mol/L}.

Passo 3

Pela expressão de K_{W},
[\mathrm{OH}^{-}]=\frac{K_{W}}{[\mathrm{H}_{3}\mathrm{O}^{+}]}=\frac{1{,}12\times10^{-15}}{10^{-7}} =1{,}12\times10^{-8}\,\mathrm{mol/L}.

Passo 4

Agora compare:
[\mathrm{H}_{3}\mathrm{O}^{+}]=10^{-7}\quad\text{e}\quad[\mathrm{OH}^{-}]=1{,}12\times10^{-8}.
Como 10^{-7}>1{,}12\times10^{-8}, há mais íons \mathrm{H}_{3}\mathrm{O}^{+} do que \mathrm{OH}^{-}, indicando caráter ácido.

Resposta

A solução com \mathrm{pH}=7 a 0\,^\circ\mathrm{C} é ácida, pois [\mathrm{H}_{3}\mathrm{O}^{+}]>[\mathrm{OH}^{-}].

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