Ka dello ione idronio
Buonasera a tutti

come da oggetto qual è la Ka dell'H3O+?

Grazie
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Allora, la questione è articolata e ci sono diversi articoli sull'argomento.
Il problema fondamentale è che non esiste una definizione IUPAC né per pKa né per Ka.

Sebbene in rete si trovi una valore di pKa per lo ione H3O+ di −1.74, ci sono discussioni in atto (https://en.wikipedia.org/wiki/Talk:Hydronium#pKa.3F) che affermano che pKa = 0 per H3O+.

Inoltre, molte dimostrazioni portano a valori di pKa e pKb di 15.74 per H2O e quindi, usando Kw = [H+][OH] = 10−14, otteniamo valori di pKa e pKb di −1.74 per H+ e OH rispettivamente. Ma quelle dimostrazioni sembrano far uso delle concentrazione [H2O] = 55.56 mol/L invece della attività a(H2O) = 1 (per un solvente) nella costante di equilibrio delle reazioni.

Così mi sembra che la pKa di H3O+ debba essere uguale a 0.

Chi ha ragione?

Uno dei problemi forse è il fatto che coesistano due differenti definizioni per la costante di equilibrio:
- una basata sulle attività dei composti;
- l'altra derivata dalla legge di azione di massa e che usa le frazioni molari dei composti.
Leggendo sui libri di termodinamica e statistica termodinamica, si ha l'impressione che il derivare la legge di azione di massa dalla costante di equilibrio utilizzando le frazioni molari si basi sull'assunzione di lavorare con un fluido ideale. Ma poi è appunto il discostarsi dalla idealità che sembra giustificare l'uso delle attività al posto delle frazioni molari...
Un altro punto da analizzare, su cui si è dibattuto, è la possibilità di applicare la definizione di Ka per le molecole di H2O considerandole un soluto non estremamente diluito dato che esse costituiscono il solvente. È questo un problema valido e dovrebbe quindi l'acidità della coppia H3O+/H2O essere determinata in un altro solvente al posto di H2O per poterla comparare con altri acidi?

Tornando alla questione IUPAC: il termine più simile è la costante di equilibrio standard, che può essere denotata come K° o solo K.

I testi di chimica fisica come il Levine e i lavori importanti come quello di Bates "Determination of pH — Theory and Practice" definiscono la K°a di un acido in acqua come:

a(A)a(H3O+)/a(HA)a(H2O) (1)

Dove a è l'attività delle specie coinvolte.

Substituting that the acid is H3O+:

a(H2O)a(H3O+)/a(H3O+)a(H2O) = 1 (2)

e ovviamente −log(1) = 0.

Il numero −1.74 che alcuni attribuiscono alla pKa dello ione idronio deriva da:

- l'omettere l'attività dell'acqua dal denominatore della definizione di K°a (equazione (1)); e
- assumere la concentrazione dell'acqua (ca. 55.5 M) come Ka di H3O+.

Con ciò, si ottiene per pKa = −log(55.5) = −1.74. Per esempio, anche il Levine riporta un valore di −1.74 in una figura in cui si comparano i valori di pKa di vari acidi, ma ha una nota a piè di pagina che spiega che il valore per H3O+ si basa su una definizione alternativa di pKa.

Comunque, a rivisitare l'analisi che K°a = 1 è probabilmente il più autorevole articolo su questo argomento:
http://pubs.rsc.org/en/content/articlepd...N/A705491B dal titolo "New point of view on the meaning and on the values of Ka(H3O+, H2O) and Kb(H2O, OH) pairs in water", che insiste sul fatto

H2O + H3O+ ⇄ H3O+ + H2O

"non corrisponde ad un vero processo chimico" e quindi "non è leggitimo estendere il concetto di K°a allo ione H3O+ in acqua.

L'articolo procede dicendo ch solo studiando la Ka di H3O+ in un altro solvente come l'etanolo sia possibile paragonare H3O+ agli altri acidi.

La pKa di H3O+ in etanolo è 0.3 e i valori di pKa sono minori di 1.0±0.3 unità in acqua rispetto a quanto avviene in etanolo, così l'articolo suggerisce un valore di pKa di −0.7 per H3O+ in acqua, allo scopo di poterlo paragonare agli altri acidi.

Secondo altri forse si tende a scambiare Ka con Keq, e quindi per

H2O + H3O+ ⇄ H3O+ + H2O

Keq = [H3O+]⋅[H2O]/[H3O+]⋅[H2O]=1

comunque Ka = Keq⋅[H2O] = [H2O]

quindi Ka(H3O+) = [H2O]

pKa(H3O+) = −1.74.
La chimica è una cosa che serve a tutto. Serve a coltivarsi, serve a crescere, serve a inserirsi in qualche modo nelle cose concrete.
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