Autoionização da água

RKA11 - Temos aqui duas moléculas de água. Tipicamente, as moléculas de água quando interagem entre si, elas formam essas ligações de hidrogênio, que estão relacionadas com a polaridade da molécula da água. Nós já falamos bastante sobre isso. Quando elas passam umas perto das outras, essas ligações de hidrogênio conferem a elas certas propriedades. Mas química é muito mais bagunçado do que as nossas representações podem mostrar. Nós temos modelos. Como qualquer modelo é um recorte da realidade, deixando de fora algumas coisas, isso em todo tipo de interações malucas ocorrendo, não só as moléculas estão se chocando entre si, mas até mesmo os próprios elétrons estão saltando e caminhando pela molécula. Em média, podemos dizer que o elétron passa mais tempo neste polo aqui próximo do oxigênio, conferindo uma carga parcial negativa aqui nessa extremidade do oxigênio e uma carga parcial positiva nessa extremidade dos hidrogênios. Mas na realidade aqui ocorre uma mudança constante porque os elétrons estão saltando de um lugar para o outro e a posição do elétron é uma questão probabilística. A probabilidade é maior dele estar nesse polo, mas ele também se posiciona em outras partes da molécula, em algum dado momento do tempo. Então você pode imaginar que dentro de certas condições, uma molécula de água pode acabar se esbarrando em outra molécula de água, de modo que esses elétrons se aproximem o bastante para roubar este hidrogênio, mas ele não rouba o hidrogênio inteiro, ou seja, o núcleo, que é um próton e seu elétron, ele rouba somente o próton. No hidrogênio típico, nós temos um núcleo que é composto somente de próton, ele não tem nêutron e um elétron que fica orbitando este núcleo. Deixa eu desenhar aqui para vocês, para vocês terem uma ideia. Então, temos aqui um núcleo que é um próton e ao redor dele nós temos um único elétron que vai orbitar este próton. Essa órbita, na verdade, não é unidirecional ou tem uma rota definida, como acontecem com os planetas ao redor do sol. Na verdade, o que acontece é que o elétron aparece ao redor do próton em pontos diferentes, como se ele estivesse piscando aqui. Aparece aqui. Aparece aqui. Isso é uma questão probabilística. Assim, esse é o tipo mais comum de isótopo de hidrogênio. Então, esses elétrons dessa ligação covalente, já estão sendo puxadas por este oxigênio, e é isso que está formando essa carga parcial negativa aqui nessa extremidade, e a carga parcial positiva nessa extremidade. Então, aqui, nós também temos uma carga parcial negativa, e esses elétrons vão puxar este próton enquanto este par de elétrons aqui da ligação covalente do oxigênio com o hidrogênio vai ser atraída, vai ser roubada pelo oxigênio da molécula. Isto não ocorre a todo momento, mas nas condições certas isso pode acontecer. E qual seria o resultado disso? O resultado seria que esta molécula aqui agora vai ter um hidrogênio a mais. Então, nós temos dois pares de elétrons livres e este par aqui que está marcado em azul, agora ele forma uma ligação covalente aqui com o hidrogênio, que veio da outra molécula. Ao mesmo tempo, esta outra molécula aqui perdeu seu hidrogênio, mas manteve todos os seus elétrons. Então, nós temos aqui o oxigênio ligado a um hidrogênio, seus dois pares originais de elétrons, e mais um par de elétrons que ele roubou aqui desta ligação com o hidrogênio. Vamos fazer de outra cor para ficar evidenciado. Então aqui a molécula ganhou um próton, logo, ela vai ficar positiva. E esta aqui ganhou um par de elétrons livres, então ela vai ficar agora negativa. Assim nós partimos de duas moléculas neutras de água para dois íons. Então este íon aqui com três hidrogênios e um oxigênio, é um cátion, porque ele é positivo. Enquanto este íon aqui com um oxigênio e um hidrogênio, é um ânion, pois é negativo. Este cátion se chama hidrônio. Aqui nós temos o íon hidróxido. Então, este processo não acontece sempre, mas sob certas circunstâncias, uma molécula pode roubar o próton de outra molécula de água e esta outra molécula vai manter seu par de elétrons livres, formando então o hidrogênio e o hidróxido. Este fenômeno se chama auto-ionização da água. Então é isto, auto-ionização da água. Este processo em que uma molécula de água pode roubar o próton de outra molécula, deixando esta outra molécula negativa, enquanto a molécula que roubou o próton vai ficar positiva. Você pode se perguntar: "quão frequente eu posso encontrar o hidrônio na água?" Bem, a concentração em um litro de água, deixe-me desenhar aqui. Então a concentração de hidrônio na água, e aqui a gente usa colchetes para denotar concentração, é igual a 1 vezes 10⁻⁷ molar. Molar significa mols por litro. 1 vezes 10⁻⁷ mols por litro. E o que é mol? Bom, eu sugiro que você dê uma olhada sobre esse assunto em outros vídeos da Khan Academy. Mas mol basicamente é uma quantidade. É como dizer uma dúzia ou meia dúzia de alguma coisa. Se uma dúzia de alguma coisa são 12 unidades dessa coisa, um mol de alguma coisa corresponde a 6 vezes 10²³ essa coisa. Aqui eu estou arredondando, porque o número real é 6.022 vezes 10²³, está legal? Então isso aqui é o mol. O mol corresponde a isso aqui. E a gente usa mol para falar sobre coisas muito grandes. Imagina só, 6 vezes 10²³ , é um número gigantesco. Então a gente usa mols para falar, por exemplo, sobre quantidade de moléculas. Então veja só, 1 vezes 10⁻⁷ mols por litro multiplicado por 6 vezes 10²³, lembrando que aqui é uma aproximação, moléculas por mol, moléculas por mol. Então, nós cancelamos aqui mol com mol, multiplicando estes números, nós vamos ter 6 vezes 23 menos 7, 10¹⁶ moléculas por litro. Então você pode ter a impressão de que esse é um número muito grande, mas veja só, se nós temos isso de hidrônio aqui na água, imagina quantas moléculas de água nós temos em um litro de água? Então para gente ter uma noção, um litro de água contém 56 mols de moléculas de água. Então, nós teremos 1 vezes 10⁻⁷ mols de hidrônio, para cada 56 mols de água, certo? E isso vai dar aproximadamente... aqui a gente multiplica o numerador e denominador, 10⁻⁷ e a gente vai obter então... 1 sobre 56 seguido de sete zeros. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Essa é a proporção de hidrônio, em relação à água em um litro. Então se você olhar para este número, você pode achar que a quantidade de hidrônio é muito grande. É grande realmente, mas em relação às moléculas de água, para cada íon hidrônio que você tem em um litro de água, você tem 56 seguido de 7 zeros. Vai dar 560 milhões. Vamos pôr os pontos, para ficar mais fácil de visualizar aqui. Então, de fato veja, aqui na reação você tem uma proporção de moléculas de água muito maior do que de hidrônio. A reação está pendendo muito mais para esse lado, e é por isso que essa flechinha aqui está um pouco menor do que essa. Bom, pessoal, por hoje é só. Espero que vocês tenham gostado e até o próximo vídeo!