Cuánto puede el cambio de pH a través de la dilución?

Question

Considere la posibilidad de una solución ácida con la concentración de iones de Hidrógeno, $\ce{[H+]}$$10^{-5}\:\mathrm{M}$. Desde $\:\mathrm{pH} = -\log \ce{[H+]}$ $\:\mathrm{pH}$ de la solución es de $5$. Supongamos que tenemos una solución diluida 10 veces con agua. Ahora, $\ce{[H+]}$$10^-6\:\mathrm{M}$$\:\mathrm{pH}$$6$. Además dilución debe aumentar el $\:\mathrm{pH}$ $6$ $7$y, a continuación, de $7$ $8$y así sucesivamente. Este puede ir para siempre? Esto no implica que una solución ácida puede ser hecho básico/alcalino simplemente por la adición de agua? Pero eso no sucede? ¿Qué se lo impide?

Hay alguien ya encontró la respuesta para este problema o es sólo resolver el problema básico de la Química?

Answer 1

El agua se somete a autoionization, es decir, reacciona de la siguiente manera:

$$ \ce{H2O + H2O <=> H3O+ + OH-} $$

La constante de equilibrio para esta reacción en condiciones estándar es de $K_w = [\ce{H3O+}][\ce{OH-}] \approx 1.0 \cdot 10^{-14}$. En agua pura, $[\ce{H3O+}] = [\ce{OH-}]$, por lo tanto $[\ce{H3O+}] = \sqrt{K_w} \approx 1.0 \cdot 10^{-7}\ \textrm{M}$.

Supongamos que diluir una solución con algunos concentración inicial de $[\ce{H3O+}]_i = \frac{n_i}{V_i}$ donde $n_i$ es el número inicial de moles de a $\ce{H3O+}$ $V_i$ es el volumen inicial. Si yo ahora agregar un volumen $\Delta V$ de agua pura (que contendría $(1.0 \cdot 10^{-7}) \cdot \Delta V$ moles de $\ce{H3O+}$) el resultado final de la concentración puede ser crudamente aproximar como:

$$ [\ce{H3O+}]_f \approx \frac{n_i + (1.0 \cdot 10^{-7}) \cdot \Delta V}{V_i + \Delta V} $$

Podemos ver lo que el valor de esta expresión enfoques como hacemos la solución más y más diluida al tomar el límite de $\Delta V \to \infty$:

$$ \lim_{\Delta V \to \infty} \frac{n_i + (1.0 \cdot 10^{-7}) \cdot \Delta V}{V_i + \Delta V} = 1.0 \cdot 10^{-7} $$

Por lo tanto, $[\ce{H3O+}]$ tiende a $1.0 \cdot 10^{-7}$ con más de dilución, por lo $pH$ se acerca a un valor de $7.0$.

Answer 2

Te olvidas de que el agua pura contiene ya $\ce{H_3O^{+}}$ ($\ce{Kw}=\ce{[H_3O+][OH^{-}]}=14$,). Si usted tiene una solución ácida, usted será capaz de alcanzar el punto neutral ($\ce{pH} = 7$) después de bastante dilución, pero nunca podrá ser alcalino. Usted puede ver esto como algo parecido a un límite o infinita suma $\lim_{x\rightarrow \infty } \frac{x}{x+1}=1$, pero cuando se mira finito $x$ que en realidad nunca va a ser 1.