Qual é o significado do termo auto-ionização? Explique por que água pura é uma má condutora de eletricidade. Diz-se que uma solução aquosa é ácida. O que significa essa declaração?
Resposta: (a) A auto-ionização é a ionização de uma molécula neutra em um ânion e um cátion. A expressão de equilíbrio para a auto-ionização da água é
.
Passo 1
O enunciado faz três perguntas claras:
- O que significa o termo auto-ionização?
- Por que água pura é uma má condutora de eletricidade?
- O que significa dizer que uma solução aquosa é ácida?
Informações relevantes implícitas no enunciado:
- Queremos a definição de auto-ionização e a expressão de equilíbrio correspondente.
- Precisamos explicar a condutividade elétrica em termos de presença de íons na água.
- Precisamos explicar o significado químico de “ácida” para uma solução aquosa (comparação entre concentrações de íons).
Passo 2
Definição detalhada de auto-ionização (aula curtinha): auto-ionização é um processo em que moléculas idênticas reagem entre si para formar um cátion e um ânion. No caso da água, uma molécula doa um próton (íon
) para outra, formando
(hidroxônio, frequentemente escrito informalmente como
) e
. A reação de equilíbrio pode ser escrita como
ou, em forma abreviada,
Explicação de cada termo:
é a água líquida,
(ou
) é o cátion protônico hidratado na água, e
é o ânion hidróxido.
Passo 3
Constante de ionização da água (importante para quantificar): definimos o produto iônico da água como
onde
e
são as concentrações molares dos íons em equilíbrio. A
depende da temperatura; a
bem conhecida a
é
Passo 4
Concentrações de íons em água pura (resolvendo o equilíbrio): em água pura, cada auto-ionização gera um
e um
, logo as concentrações são iguais. Se chamarmos essa concentração de
, então
logo
Isso mostra quantos íons existem em água pura à temperatura ambiente.
Passo 5
Cálculo do pH e interpretação: definimos
Para água pura com
,
Portanto água pura é neutra (pH
a
).
Passo 6
Por que água pura é má condutora de eletricidade (explicação física e numérica): condutividade elétrica em soluções aquosas depende de íons móveis que carregam carga. Mesmo que
e
sejam altamente móveis (o próton tem mobilidade grande devido ao mecanismo de Grotthuss), a condutividade total depende do número de portadores de carga. Em água pura ambos os íons têm concentração apenas de
Compare com uma solução ácida comum, por exemplo
de
, que tem
. A diferença de concentração é
ou seja, a solução de
tem cem mil vezes mais íons livres por litro do que água pura, e portanto conduz eletricidade muito melhor. Conclusão: água pura conduz muito mal porque tem uma concentração extremamente baixa de íons livres.
Passo 7
O que significa “uma solução aquosa é ácida” (definição prática e teste): dizer que uma solução aquosa é ácida significa que, nessa solução,
Em termos de pH isso equivale a
(à temperatura padrão
). Exemplo prático: uma solução de
tem
e
, claramente ácida. Outra forma de reconhecer acidez experimentalmente é pelo uso de indicadores (fenolftaleína, papel tornassol) ou por medição direta do pH com eletrodo.
Passo 8
Resumo final e incentivo rápido: auto-ionização é a reação da própria água gerando
e
; a água pura tem concentrações muito baixas desses íons (
), por isso conduz mal eletricidade; e “solução aquosa ácida” significa
(ou
). Você está indo bem — esses conceitos são os que mais aparecem em provas, decore a relação
e a definição de pH que eu mostrei.
Resposta
A auto-ionização é a reação em que duas moléculas de água se transferem um próton, formando
(ou
) e
; expressão:
.
Água pura é má condutora porque, a ,
(produto iônico
), ou seja, número muito pequeno de íons portadores de carga.
Dizer que uma solução aquosa é ácida significa que , o que corresponde a
.
Água pura é má condutora porque, a
Dizer que uma solução aquosa é ácida significa que