Água e a escala de pH

Corpo com água

Dentre os compostos conhecidos até os dias atuais, sem sombras de dúvidas a molécula de água é uma das mais interessante. O que existe por trás dessa molécula? A molécula de água é composta por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. Espacialmente, os três átomos podem ser arranjados de duas formas: linear ou angular. Experimentalmente, ficou mostrado que a molécula de água é angular, formando um ângulo 109o45′. Esse arranjo espacial é por causa de uma estrutura tetraédrica por causa de uma hibridização sp3:

Sem sombras de dúvidas, o ângulo existente na água a torna uma molécula especial. Como um resultado a molécula de água apresenta um momento dipolar diferente de zero (μ ≠ 0). Olha bem! A diferença do momento dipolar é o grande responsável pelas propriedades observadas para a molécula da água. 

Leia também

A escala de pH

Cálculo de pH

O inicio do pH

Dentre as propriedades da molécula da água a capacidade de autoionização é uma das mais interessantes.  Afinal de contas o que é a autoionização? A autoionização da água foi demonstrada há muitos anos por Friedrich Kohlrausch (1840-1910). Kohlrausch demonstrou em suas experiências que mesmo as águas mais puras apresentam uma pequena, porém definida, condutividade elétrica. A água se autoioniza transferindo um próton de uma molécula de água para outra e produzindo o íon hidrônio e um íon hidróxido, como mostrado na reação abaixo:

H2O + H2O → H3O+ + OH

A autoionização da água nos leva a uma variável extremamente usada quando se trata medidas físico-químicas, que é o pH. Primeiramente, vamos entender como a variável pH surgiu. Ao observar a equação percebemos que existe dividindo reagentes de produtos, uma meia seta para a direita e uma meia seta para esquerda.

O significado das meias setas é uma situação de equilíbrio; ou seja, a molécula de água no estado líquido está sempre em equilíbrio. Essa condição está diretamente relacionada ao momento dipolar da água.

Quando se fala em equilíbrio devemos pensar em movimento, em dinâmica e em velocidade. Então, na reação acima ela representa a formação de íons hidrônios e hidroxila e a mesma que na direção contrária. Como a molécula de água líquida está sempre em equilíbrio e dependendo da temperatura tem-se um valor de constante. Essa constante é chamada de kw. De acordo com a lei da ação das massas o kw temos a seguinte equação

kw=[H3O+][OH]

A equação acima representa em termos da química da água uma das mais importantes pois ela é a base para o entendimento da variável pH. Para chegamos ao valor de pH iremos rescrever essa equação de uma forma mais conhecida pelos estudantes e comumente usada nos livros de Química quando trata de valor de pH:

               kw=[H+][OH]

Uma definição muito importante na da variável pH que é a dada pelo Químico Dinamarquês Søren Peter Lauritz Sørensen:

px= -log[x] 

Olha bem, vamos aplicar na equação anterior -log[x] da definição de Sørensen:

               -logkw=-log[H+][OH]

Por se tratar de uma constante termodinâmica e, portanto, o seu valor depende da temperatura, o kw. A 25 oC, o valor de kw é aproximadamente 10-14. Ao usamos esse valor chegaremos:

               14=pH + pOH

Acabamos de descobrir um o motivo pelo qual a escala de pH vai até 14. É por causa do valor de pKw na temperatura de 25 oC. Outra coisa interessante é que poderíamos usar tanto o $pH$ quanto o pOH. Então, por que usamos afinal de contas o valor de pH e não do pOH?

Para responder a essa de forma simplificada temos que partir da existência de uma relação entre o valor de pH e pOH cujo resultado da soma sempre será 14. Por exemplo, Se o valor de pH é 1, então o valor de pOH será 13. Essa relação pode ser observada na Tabela abaixo. Observe que existem duas ordens numéricas: uma em ordem crescente a que contém o valor de $pH$ e outra decrescente a formada pelos valores de pOH.

 

               Tabela de valores de pH na temperatura de 25 oC

pHpOHCaráter
014Ácido
113
212
311
410
59
68
77Neutro
86Básico
95
104
113
122
131
140

 

 

 

 

 

Como o raciocínio humano ocidental Sørensen está baseado na ordem crescente, a escala escolhida naturalmente foi aquela de valor de pH. Em princípio, uma água pura teria o valor de $pH$ igual a 7. Esse valor é uma consequência das concentrações de [H+] e [OH] serem iguais. Reparem bem, o equilíbrio existente na molécula de água em como consequência um valor de pH considerado neutro. Qualquer desequilíbrio tanto na concentração de [H+] quanto [OH], muda o caráter da água. A Tabela acima mostra que a água poderia ter um caráter ácido, neutro ou básico. Todavia, a água pura tem apenas o caráter ácido.

Fontes:

O que é pH? – Toda Matéria

Conceito de pH. Definição e métodos de determinação

O pH só vai até 14? – ProEC UFABC

Escala de pH – pH, Diluição, Concentração – Simulações

Deixe uma resposta

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *