¿Cuál es el pH del hielo?

Question

El pH del agua líquida pura depende de la temperatura. Es aproximadamente pH = 7.0 a temperatura ambiente, pH = 6.1 a 100 °C y pH = 7.5 a 0 °C. ¿Qué sucede con el pH (o con el producto iónico) del agua pura cuando se congela?

Supongo que las reacciones de transferencia de protones $$\ce{2H2O <=> H3O+ + OH-}$$ $$\ce{H3O+ + H2O <=> H2O + H3O+}$$ $$\ce{H2O + OH- <=> OH- + H2O}$$ son demasiado rápidas, por lo que cualquier $\ce{H3O+}$ y $\ce{OH-}$ presentes no pueden ser fácilmente atrapados en el cristal de hielo sólido cuando crece. ¿Significa eso que los cristales de hielo puro están libres de iones $\ce{H3O+}$ y $\ce{OH-}$?

Answer 1

Según la Disociación del Agua y pH de Martin Chaplin:

En hielo, donde los enlaces de hidrógeno locales rara vez se rompen para separar los iones que se forman y se vuelven a asociar constantemente, la constante de disociación es mucho menor (por ejemplo a $-4~\mathrm{^\circ C}$, $K_\mathrm{w} = 2 \times 10^{-20}~\mathrm{mol^2~L^{-2}}$).

Entonces $[\ce{H+}] = 1.4 \times 10^{-10}~\mathrm{mol\ L^{-1}} \Longrightarrow \mathrm{p[\ce{H+}]} = 9.9$

Para más información ver Auto-Disolución y Transporte de Carga Protónica en Agua y Hielo Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences Vol. 247, No. 1251 (21 de octubre de 1958), pp. 505-533

Este es un artículo de revisión del ganador del Premio Nobel Manfred Eigen, a quien a veces se le llama el Ion Eigen.

Answer 2

El $\mathrm{pH}$ es la concentración acuosa de los iones $\ce{H3O+}$ o $\ce{H+}$ en la solución. No diría que el hielo carece de iones $\ce{H3O+}$ y $\ce{OH-}$ ya que la estructura del hielo permitiría esto, sin embargo, dado que los iones no están en solución acuosa, el material no puede tener un "$\mathrm{pH}$" como lo conocemos.