Ionización del agua
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Ionización del agua. La ionización surge a partir de fenómenos naturales y su efecto es bien conocido desde la antigüedad. La concentración de iones positivos, nocivos para la salud humana, se ha venido incrementando en los últimos tiempos como consecuencia del desarrollo tecnológico de la humanidad.
Sumario
Equilibrio iónico del agua
El agua pura es un electrolito débil que se disocia en muy baja proporción en sus iones hidronio o hidrógeno H3O+ (también escrito como H+) e hidróxido o hidróxilo OH–. Dos moléculas polares de agua pueden ionizarse debido a las fuerzas de atracción por puentes de hidrógeno que se establecen entre ellas.
Al producto de la concentración de iones hidroxonio o hidronio (H3O+) por la concentración de iones hidróxido o hidroxilo (OH−) se le denomina producto iónico del agua y se representa como Kw. Las concentraciones de los iones H+ y OH– se expresan en moles / litro (molaridad). Este producto tiene un valor constante igual a 10−14 a 25º C.
Debido a que en el agua pura por cada ion hidronio (o ion hidrógeno) hay un ion hidróxido (o hidroxilo), la concentración es la misma.
Las concentraciones de hidronios (también llamada de protones) (H+) y de hidroxilos (OH-) son inversamente proporcionales; es decir, para que el valor de la constante de disociación se mantenga como tal, el aumento de una de las concentraciones implica la disminución de la otra.
Ionización del agua y el pH
El agua no es un líquido químicamente puro, ya que se trata de una solución iónica que siempre contiene algunos iones H3O+ y OH–. El producto [H+]•[OH-]= 10–14 se denomina producto iónico del agua. Ese valor constituye la base para establecer la escala de pH, que mide la acidez o alcalinidad de una disolución acuosa; es decir, su concentración de iones [H+] o [OH–], respectivamente.
Concepto de pH
El pH es una medida de la acidez o alcalinidad de una solución. Lo que el pH indica exactamente es la concentración de iones hidronio (o iones hidrógeno) — [H3O+] o solo [H+]— presentes en determinadas sustancias.
La sigla pH significa "potencial de hidrógeno" (pondus Hydrogenii o potentia Hydrogenii; del latín pondus, = peso; potentia, = potencia; hydrogenium, = hidrógeno). Este término fue acuñado por el químico danés Sorensen, quien lo definió como el logaritmo negativo de base 10 de la actividad de los iones hidrógeno.
El término "pH" se ha utilizado universalmente por lo práctico que resulta para evitar el manejo de cifras largas y complejas. En disoluciones diluidas, en lugar de utilizar la actividad del ion hidrógeno, se le puede aproximar empleando la concentración molar del ion hidrógeno.
Una concentración de [H3O+] = 1 × 10–7 M (0,0000001) es simplemente un pH de 7 ya que: pH = –log[10–7] = 7.
El pH típicamente va de 0 a 14 en disolución acuosa, siendo ácidas las disoluciones con pH menores a 7 (el valor del exponente de la concentración es mayor, porque hay más protones en la disolución), y alcalinas las que tienen pH mayores a 7. El pH = 7 indica la neutralidad de la disolución (donde el disolvente es agua).
Los organismos vivos no soportan variaciones del pH mayores de unas décimas de unidad y por eso han desarrollado a lo largo de la evolución mecanismos que mantienen el pH constante.
Potencial de ionización
O Energía de Ionización; es la energía mínima necesaria para sacar un electrón de un átomo cuando éste se encuentra en estado gaseoso y eléctricamente neutro. La energía de ionización disminuye de arriba hacia abajo y de derecha a izquierda. En general, los átomos de menor potencial de ionización son de carácter metálico (pierden electrones) en tanto que los de mayor energía de ionización son de carácter no metálico (ganan electrones).
El potencial de ionización (PI) es la energía que hay que suministrar a un átomo neutro, gaseoso y en estado fundamental, para arrancarle el electrón más débil retenido.
Esta energía corresponde a la primera ionización. El segundo potencial de ionización representa la energía precisa para sustraer el segundo electrón; este segundo potencial de ionización es siempre mayor que el primero, pues el volumen de un ion positivo es menor que el del átomo y la fuerza electrostática es mayor en el ion positivo que en el átomo, ya que se conserva la misma carga nuclear.
El potencial o energía de ionización se expresa en electrón-voltio, julios o en kilojulios por mol (kJ/mol).
1 eV = 1,6 × 10–19 C × 1 V = 1,6 × 10–19 J
Si el potencial de ionización de un átomo fuera 1 eV, para ionizar un mol (6,02×1023 átomos) de dichos átomos serían necesarios 96,5 kJ. En los elementos de una misma familia o grupo el potencial de ionización disminuye a medida que aumenta el número atómico, es decir, de arriba hacia abajo. En los alcalinos el elemento de mayor potencial de ionización es el litio y el de menor el francio. Esto es fácil de explicar, pues el último electrón se sitúa en orbitales cada vez más alejados del núcleo y, a su vez, los electrones de las capas interiores ejercen un efecto de apantallamiento de la atracción nuclear sobre los electrones periféricos.
En los elementos de un mismo período, el potencial de ionización crece a medida que aumenta el número atómico, es decir, de izquierda a derecha. Esto se debe a que el electrón diferenciador o último de los elementos de un período está situado en el mismo nivel energético, mientras que la carga del núcleo aumenta, por lo que será mayor la fuerza de atracción, y, a su vez, el número de capas interiores no varía y el efecto pantalla no aumenta. Sin embargo, el aumento no es continuo, pues en el caso del berilio y el nitrógeno se obtienen valores más altos que lo que podía esperarse por comparación con los otros elementos del mismo período.
Este aumento se debe a la estabilidad que presentan las configuraciones s2 y s2 p3 , respectivamente. La energía de ionización más elevada corresponde a los gases nobles, ya que su configuración electrónica es la más estable, y por tanto habrá que proporcionar más energía para arrancar los electrones.
Fuentes
Información consultada de las páginas Web
- herramientas.educa.madrid.org/tabla/properiodicas/energioniza1.html
- www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/.../r16198.DOC
- www.profesorenlinea.cl/Quimica/Agua_Ionizacion.html
