Kw, pH, pOH

A constante de ionização da água (Kw), o potencial hidrogeniônico (pH) e o potencial hidroxiliônico (pOH) são medidas importantes para cálculos que envolvem equilíbrio químico em soluções ácidas e básicas, bem como na determinação da concentração dos íons H⁺ e OH^- das soluções em questão.

Tópicos deste artigo

• 1 - O que é Kw?
• 2 - O que é pH e pOH?
  • Escala de pH
• 3 - Como calcular pH e pOH
  • Exemplo 1
  • Exemplo 2
• 4 - Exercícios resolvidos

O que é Kw?

O produto iônico da água, ou Kw (esse w significa water — água, em Inglês), é a constante usada para representar o equilíbrio gerado pela autoionização da água. Ainda que numa taxa muito pequena, a água ioniza-se produzindo íons H⁺ e OH^-, conforme a equação química a seguir:

Analisando a equação, percebemos que quando ocorre a ionização de uma molécula de água pura são gerados um íon H⁺ e um íon OH^-, ou seja, a concentração desses íons será sempre a mesma. Mesmo quando ocorre um aumento na temperatura, que provoca um aumento na taxa de ionização, as concentrações permanecem iguais.

Leia também: Energia de ionização

Com base em medidas experimentais, calculou-se a concentração dos íons H⁺ e OH^- (resultantes da autoionização da água) a 25°C e chegou-se ao valor de 1. 10^-7 mol/L. Isto é, de um total de 1 bilhão de moléculas de água, apenas duas sofrem ionização. Isso mostra que a água pura possui um baixo grau de ionização e explica a baixíssima condutividade elétrica da água pura.

Considerando o que foi mostrado anteriormente, podemos escrever a expressão da constante de equilíbrio da água:

Usando os valores das concentrações dos íons H⁺ e OH^- a 25°C, podemos calcular o valor de K_w:

Como dito anteriormente, esse valor de K_w sofre alteração com o aumento da temperatura, conforme a tabela a seguir:

Para saber mais sobre esse assunto, leia nosso texto: Produto iônico da água.

O que é pH e pOH?

A sigla pH significa potencial hidrogeniônico e foi criada pelo bioquímico dinamarquês Soren Sorensen, em 1909, para facilitar o trabalho com as concentrações hidrogeniônicas [H⁺], que normalmente são expressas em números decimais. Para saber mais sobre esse tema, leia nosso texto: O que é pH?

Esse tipo de notação indica o teor de íons H⁺ presentes na solução e é definido pela expressão matemática:

De maneira semelhante, podemos definir o pOH ou potencial hidroxiliônico, que nos diz o teor de íons OH^- presentes na solução. Sua expressão matemática é:

Em uma solução aquosa sempre haverá íons H⁺ e OH^- (devido à ionização sofrida pela água) que serão utilizados para caracterizar uma solução em ácida ou básica. Quanto mais íons H⁺ houver na solução, mais ácida ela será. Consequentemente, a presença de íons OH^- na solução fará com que ela se torne mais básica. Caso haja um equilíbrio na quantidade desses íons, a solução será classificada como neutra.

Escala de pH

A escala de pH é apresentada com valores que variam de 0 a 14 (valores medidos a 25°C). Veja a escala de pH na imagem abaixo:

Quanto menor o pH da solução, maior é a sua acidez, e quanto mais próximo do final da escala, ou seja, mais próximo de 14, maior será seu caráter básico. Por exemplo, um suco de limão possui pH igual a 2, já os alvejantes possuem pH igual a 12.

Como calcular pH e pOH

Conhecendo a concentração dos íons, podemos calcular os valores de pH e pOH das soluções, e, sabendo os valores dos potenciais, calculamos a concentração dos íons nas soluções. Para tanto, utiliza-se as seguintes expressões:

Vamos aos exemplos:

Exemplo 1

Se queremos saber o pH de uma solução com [H⁺] = 0,001 mol/L, basta usarmos a fórmula anteriormente apresentada:

Exemplo 2

Agora, para saber qual a concentração de OH^- de uma solução com pOH = 5, basta substituir o valor na seguinte fórmula:

Se aplicarmos a mesma escala dos potenciais para o equilíbrio iônico da água, teremos:

Como dito, a 25°C, Kw = 10^-14. Portanto:

Com isso, podemos calcular o pOH de uma solução com base no seu pH. Se temos uma solução com pH igual a 3, então seu pOH será 11.

Saiba mais: Meios neutro, ácido e básico

Exercícios resolvidos

Questão 1 (UEFS-BA) A concentração de íons OH^–_(aq) em determinada solução de hidróxido de amônio, a 25 ºC, é igual a 1.10^–3 mol/L. O pOH dessa solução é:

a) 0

b) 1

c) 3

d) 11

e) 13

Resolução: Letra C. Se temos [OH^–] = 10^–3 mol/L, então seu pOH será igual a 3.

Veja:

Questão 2 (UEA-AM) Considere as seguintes informações, obtidas de um rótulo de água mineral da cidade de Porto Seguro (BA):

nitrato --------------1,45 mg/L
pH a 25 ºC -------- 4,51

Essa água mineral é

a) ácida e tem [H⁺] < [OH^–].

b) ácida e tem [H⁺] > [OH^–].

c) neutra e tem [H⁺] = [OH^–].

d) básica e tem [H⁺] > [OH^–].

e) básica e tem [H⁺] < [OH^–].

Resolução: Letra B. Como o pH da água mineral informado no rótulo é menor que 7, podemos afirmar que se trata de uma solução ácida e, portanto, a concentração de íons H⁺ é maior que a de OH^-.

Questão 3 (UEA-AM) Uma forma de produzir rapidamente hidrogênio gasoso em laboratório é pela reação entre zinco metálico em pó com ácido clorídrico (HCl), de concentração 1,0 mol/L:

Zn (s) + 2 HCl (aq) _→ ZnCl₂ (aq) + H₂ (g)

Considerando que o ácido clorídrico esteja 100% ionizado e que a solução encontra-se a 25 ºC, é correto afirmar que o pH da solução de ácido clorídrico citada no texto é

1. 0
2. 1
3. 3
4. 13
5. 14

Resolução: Letra A. Podemos calcular o pH da solução usando a concentração de HCl informada no texto, uma vez que, por estar 100% ionizado, a concentração de [H⁺] será igual, pois, para cada molécula de HCl ionizada, um íon H⁺ será gerado. Portanto:

Por Victor Ferreira
Professor de Química