Ion de hidronio: definición y fórmula

Iones de agua e hidronio

A Leonardo Da Vinci se le atribuye haber dicho: “El agua es la fuerza impulsora de toda la naturaleza”. El agua compone la mayor parte de su cuerpo y del planeta tierra. Para algo tan frecuente y necesario para la vida como el agua, ¡debe ser una sustancia extraordinaria!

Una sola molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno que están unidos a un átomo de oxígeno. Está químicamente escrito como H2O. Por sí mismos, los átomos son unidades pequeñas, pero cuando se combinan para formar moléculas, componen todo en el universo. Los átomos se pueden comparar con las letras del alfabeto, y las infinitas cantidades de palabras que se pueden formar con solo unas pocas letras. Tal es la diversidad de moléculas.

Dos átomos, como el hidrógeno y el oxígeno, por ejemplo, se encuentran en casi todas las sustancias de la tierra. Son las interacciones entre estos dos átomos en el agua las que producen un tipo especial de molécula llamada ion hidronio.

Los iones de hidronio son moléculas de agua que han ganado un ión de hidrógeno positivo adicional. En esta lección, exploraremos cómo el hidrógeno puede convertirse en un ión positivo, cómo el agua puede convertirse en un ión hidronio y cómo calcular la concentración de iones hidronio en solución.

Orígenes de un ion

Todos los átomos están compuestos por tres subunidades:

1. Electrones, que tienen carga negativa.
2. Protones, que tienen carga positiva.
3. Los neutrones, que como su nombre lo indica, son neutrales.

La relación de estas tres subunidades contribuye a la propiedad del átomo. Los átomos se unen para formar moléculas, pero los átomos también pueden separarse de las moléculas. Cuando los átomos se separan de sus enlaces, los electrones pueden alejarse y quedarse atrás.

Esto crea un ion , que es un átomo o molécula que ha perdido o ganado un electrón. El hidrógeno solo está compuesto por un electrón y un protón. A veces, cuando el hidrógeno rompe su enlace con una molécula, su electrón permanece con la molécula. Cuando el hidrógeno pierde su electrón, se convierte en un ión, aunque es solo un protón. Debido al protón, tiene una carga positiva general, escrita como H +.

Iones de hidronio e hidróxido

Una molécula de agua, también escrita como HOH, puede volverse inestable con el tiempo, y cuando lo hace, un átomo de hidrógeno se separa de HOH y se convierte en H +. A veces, si otra molécula como el cloruro de hidrógeno (HCl) se disuelve en agua, el hidrógeno se disociará como H +.

En una solución acuosa, el H + añadido se vuelve atraído por los polos negativos de otra molécula de agua. Esto deja una molécula de H2O con un átomo de hidrógeno adicional, escrito como H3O, llamado ion hidronio .

Si una solución tiene una tonelada de iones hidronio, se vuelve ácida. La concentración de iones de hidronio se relaciona directamente con el pH, que analizaremos en la siguiente parte de la lección.

Mientras tanto, ¿qué pasó con la molécula de agua original abandonada por el hidrógeno? Los iones de hidróxido son lo que queda del agua cuando se desprende un ión de hidrógeno. Los iones de hidróxido se escriben como OH- y tienen una carga negativa general, porque roban los electrones de otros átomos. Los iones hidróxido también pueden entrar en soluciones también cuando se disocian de otras moléculas. Cuando se disuelve en agua, el NaOH o hidróxido de sodio se convierte en un ión de sodio y un ión de hidróxido.

En agua pura, estos dos iones son iguales en concentración y tienen un pH neutro o 7. En soluciones neutras, la concentración de cada uno es 10 -7 molaridad. Entonces, la concentración combinada de ambos es 10-14 . Si los iones de hidronio aumentan en número, se unirán con el hidróxido para producir agua nuevamente.

Lo contrario también es cierto. Si los iones de hidróxido aumentan en número, se unirán a los iones de hidronio para producir agua. Por lo tanto, la concentración de iones tanto hidronio e hidróxido nunca excederá 10 -14 concentración molar. El producto de los iones hidronio e hidróxido siempre será igual a 10-14 .

[OH-] x [H3O +] = 10-14

Al conocer la concentración de un ión en solución, puede deducir la concentración del otro. Por ejemplo, si la concentración de H3O + es 10 -8 , puede encontrar la concentración de OH-.

[OH-] x [10 -8 ] = 10-14

[OH-] = 10 -6

Fórmulas

Para calcular cuántos iones de hidronio hay en solución, debe encontrar el pH. Las sondas simples sumergidas en solución pueden darle un número de 0 a 14. Una lectura por debajo de 7 pH es una solución ácida; una lectura por encima de 7 pH es una solución básica. Estos números se refieren a la concentración de iones hidronio en esa solución. El pH es el logaritmo negativo de la concentración de H3O +. La fórmula se escribiría como:

pH = – [log H3O +].

Otra forma de pensar en esto es [H3O +] = 10 -pH .

Veamos un ejemplo. Digamos que está probando una muestra de agua del río Detroit. Encuentra que el pH es 5.5. Usando la fórmula [H3O +] = 10 -pH , encontrará que hay 10 -5.5 concentraciones molares de H3O + en esa muestra. Conocer el pH directamente le ayuda a encontrar la concentración de iones hidronio.

Resumen de la lección

En esta lección, aprendió que el hidrógeno puede convertirse en un ión positivo cuando rompe su enlace en una molécula y pierde su electrón. El agua se convierte en un ion hidronio (H3O +) cuando un ion de hidrógeno positivo se atrae al polo negativo de otra molécula de agua. Los iones de hidróxido (OH-) son lo que queda del agua cuando se rompe un ión de hidrógeno.

Puede calcular la concentración de iones hidronio en solución si conoce la concentración de iones hidróxido utilizando la fórmula [OH-] x [H3O +] = 10-14 . También puede calcular la concentración de iones hidronio si el pH , o el logaritmo negativo de la concentración de H30 +, se conoce mediante la fórmula [H3O +] = 10 -pH .

Tres fórmulas útiles para calcular iones de hidronio en solución son:

• [OH-] x [H3O +] = 10-14
• [H3O +] = 10 -pH
• pH = – [log H3O +]