Salut, je viens vous demander un peu d'aide pour les réactions acido-basique.

Je ne comprend pas bien plusieurs choses dans mon cours : 

Tout d'abord, pourquoi les acides plus forts que H3O+ et bases plus fortes que HO- réagissent totalement dans l'eau ? Il y a t-il une démonstration ou une explication ?

Ensuite : On va vue comment déterminer l'état finale dans les réactions à l'équilibre par la recherche de la réaction prépondérante. 

Par exemple : un acide faible AH de concentration C0 est introduit en solution aqueuse.

On a :              AH     +   H2O   =   (A-) + (H3O+) 

            EI      C0                          0            0

            EF      C0-h                       h            h

Voici ce qui me pose problème :

Il me semblait que pour avoir la réaction prépondérante, c'était l'acide le plus fort qui réagit avec la base la plus forte. Mais du coup, il y a des ions OH-  présent initialement dans l'eau, pourquoi on ne marque pas qu'ils réagissent avec l'acide AH ? C'est pourtant la base la plus forte non ? 

Lorsqu'on introduit l'acide faible AH dans l'eau, comment cela se fait-il qu'on écrit C0 dans notre tableau d'avancement pour AH dans l'état initial ? Car introduire une solution acide déjà dilué dans l'eau, ça reviens à le re-diluer, et cet acide a alors une nouvelle concentration en fonction du volume d'eau dans lequel il est introduit. De même, pour ce qui est de [H3O+], on marque qu'elle vaut 0 dans l'état initial. Mais quand on introduit un acide de concentration C0 dans l'eau, il y a forcément des ions H3O+ dans la solution d'acide qu'on introduit, si bien que la concentration initiale n'est pas nul.

Premièrement, les ions hydroxydes et oxonium sont les bases et acides les plus forts dans l'eau.

Deuxièmement, tu écrirait AH + HO-  =  A- + H2O si tu faisait réagir ton acide avec une base forte. Or, ce n'est pas le cas puisque tu l'a fait réagir avec de l'eau.

Troisièmement, ce sont les quantités de matières qui sont exprimées dans un tableau d'avancement et non les concentrations. De plus, l'état initial est un état fictif où l'on considère que les espèces chimiques n'ont pas encore réagit ensemble.

Bonjour,

Les acides et les bases les plus fortes réagissent ensemble car ce sont deux espèces très réactifs. Regarde ces deux entités comme contenant une sorte de "potentiel". Ils peuvent libérer de l’énergie, quand ils sont dans une bouteille en verre, leur énergie est conservé, mais en contact avec une matière sensible, paf ! ça réagit.

Donc nous avons deux espèces qui souhaite libérer leurs énergies a tout moment. Pour devenir "stable". Attention les molécules ne souhaitent rien du tout, c'est une manière de parler, elles vont se comporter comme ça, car les lois de la nature montrent que tout doit tendre vers un équilibre thermodynamique. Imagine un monde où la gravité s'inverserait autour d'un point d’énergie zéro comme sur l'image, et où du haut de deux immeuble diamétralement opposé les corps chuterait au même point : 

A ce moment les deux corps sont a un haut potentiel d’énergie. plus la différence entre les deux énergies (ici c'est la distance entre les deux corps) est grand, plus la libération d’énergie est grande. C'est donc favorable pour que la maximum d’énergie soit libérer que ces deux composé réagissent ensemble.

Pour revenir à la notion de pH par exemple, il te suffit de changer l’énergie E = zéro par pH = 7 et tu auras l'analogie parfaite.

Expérimentalement la question est plus intéressante, on parle alors de constante d'équilibre de réaction, K. Ce chiffre est, un peu, le reflet de "a quelle point la réaction a fonctionné" et dès lors que l'on observe un K supérieur à 10 000 (sans unité), alors on considère la réaction comme totale, d'où l'idée ici que la réaction soit totale, nous avons mesuré des K bien supérieures à 10 000 pour des acides forts en réaction avec des bases fortes.

Pour la suite je ne suis pas d'accord pleinement avec mon VDD...

Les ions hydroxydes (HO^-) sont belles et biens les ions les plus forts contenues dans l'eau et réagissent avec les acides de manière prépondérantes. La remarque de Arousme est importante. La notion a ne pas perdre de vue est la proportion. La quantité d'ions hydroxydes dans l'eau Arousme tu l'as connais ? Et dans l'eau il n'y a que des Hydroxydes ou il y a aussi des Oxoniums ? 

En fait il y a des oxoniums et des hydroxydes dans l'eau, mais ils sont en très petite quantité :

En bleu tu as la concentration des ions hydroxydes (HO^-), en rouge la concentration des oxoniums tout ça à 3 pH différents. Dans une eau a pH = 7, les deux ions sont en quantité égales.

Après il est vrai que l'on peut prendre en compte ces réactions d'hydroxydes et d'oxoniums, mais seulement si ta concentation C₀ est très faible elle aussi.

Et justement ce C₀ est la concentration de ton acide, avant la réaction, dans un contenant qui n'a pas encore été dilué. L'idée dans ton tableau, vue que tu fais réagir un acide avec de l'eau, c'est vrai, ça revient a une dilution. Seulement si , alors tu devras prendre en compte des réactions acido-basique justement !

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Edité par Blackline 28 février 2018 à 9:30:43

Salut, merci pour ta réponse. Bon en vrai c’était pas la peine de se donner tant de mal pour me répondre. La question que j'ai posé était un peu basique, ça faisait longtemps que j'avais pas fait d chimie et c'était un peu sous le coup de "Ah je comprend rien" , mais en fait ça allé . D'où le fait que j'ai marqué que le sujet est résolu.

Bon la thermo c'est pas ma tasse de thé, mais oui je connais la constante d'équilibre bien sur.

D'ailleurs je profite de "t'avoir sous la main" pour te demander : Quand tu mets dans de l'eau un couple acide faible/base faible à concentration respective C1 et C2, pour calculer le pH on utilise l'approximation suivante : pH= pKa + log([A-]/[AH]) =pKa+log(C2/C1) .

Mais du coup en vrai, en négligeant l'autoprotolyse de l'eau, on à l'équation suivante : Ka=h*(C2+h)/(C1-h)  . On développe, on à une équation du 2nd degré. On résout. Et on a notre pH. Mais du coup ya un truc qui m'embête, j'ai pas trop l'habitude des développement limité en grand O, mais j'arrive pas à retomber sur notre approximation avec un DL (en prenant Ka comme variable pour le DL). Si tu pouvais me montrer comment faire le DL ce serait cool. J'en ai toujours fais que en petit o, et bizarrement, quand je prend des valeurs de C1 et C2 et que je demande à l'ordi de me faire le DL en grand O, bah je retombe pas sur l'approximation.

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Edité par Arousme 28 février 2018 à 15:13:21

Tu sais si j'étaye mes réponses c'est surtout pour les suivants Les 5 à 10 personnes qui liront le sujet après notre passage. Ça donne une bonne image en plus.

Pour un mélange d'acide faible et de base faible, je n'ai jamais eu besoin de faire un développement limité. J'utilise le bon sens des formules de chimie et des tableaux d'avancement. Par contre je peux te montrer comment j'obtiens de tel résultats : 

Imaginons donc deux espèces, contenu a l'état initiale de notre mélange, en concentration différentes tel que : 

Via les lois de conservation de la matière :

Et via la loi d'electroneutralité :

Nous avons là de quoi démarrer, et ces équations se trouvent avec le bon sens communs que tout chimiste doit avoir. Je ne connais pas bien ton niveau mais à priori tu devrais connaitre a peu près les raisons qui nous amène à prendre ces considérations. Bref avec ces bêtes formules on va arrive à exprimer "x" de manière intelligente, pour l'instant on a un tableau qui ressemble plutôt à ça si on se tient aux concentrations qu'on a établit :

Mais tout à l'heure on a déjà définit, par défaut que "x" était le même des deux cotés ? Et c'est normal finalement puisque plus la réaction consomme l'acide, plus la réaction consommera de base aussi ? 

Maintenant on se sert des constantes d'équilibre Ka et Kb a notre disposition :

Et ces constantes se re-expriment avec la concentration de départ CA et CB, a partir des équations du tableau d'avancement :

Là c'est la plus grosse astuce pour defeinir la quantité d'oxonium, il faut faire une bidouille faut faire le rapport Ka/Kb, c'est une étape clé :

On sait que les termes suivants sont égaux, on l'a dit juste au dessus :

Donc notre rapport devient plus facilement manipulable, il nous reste a exprimer les hydroxydes comme des oxoniums (via l'autopotolyse de l'eau) :

Alors on exprime la concentration en oxonium :

On est a la moitié du chemin, un détour mathématique qui revient à utiliser un DL va nous permettre de nous rapprocher des bonnes valeurs, pour ce faire on va admettre la formule plus simple : 

Ce qui revient a dire CA = CB, ce qui est potentiellement faux, ça dépend des détails de l'expérience. Cela nous permet juste d'acceder aux oxoniums disons, plus facilement, même sans trop de précision on va recalculer les valeurs manquantes qu'on a occulter, on allant chercher au sein des Ka et Kb :

(la seule inconnu ici est censé etre [BH+] et [A-] donc facile )

Une fois qu'on a ça, on peut denouveau repasser par l'expression complète en ion oxonium et ainsi atteindre le vrai pH :

J'ai un exercice si tu veux, j'peux te le montrer ça peut t'entrainer :p 

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Edité par Blackline 4 mars 2018 à 15:35:22

Merci beaucoup pour ta longue réponse. Je m'excuse par avance, je n'ai pas le courage de faire une mise en page aussi propre que la tienne, mais j'apprécie vraiment que tu es pris le temps de faire un truc aussi propre.

Je voulais dire acide faible et sa base faible conjuguée. Sorry, j'aurais du le préciser, du coup tu as cru que je parlais d'un acide faible et d'une base faible quelconque. Cela dit, ça me semblait implicite puisque j'ai évoqué pH=pKa + log([A-]/[AH])

Par contre j'ai quelques questions : Tu ne prend pas en compte la réaction de l'acide sur l'eau et de la base sur l'eau ? 

Parceque du coup, on n'a plus nécessairement que [H3O+]=[OH-]. En tout cas je ne vois pas comment y arriver si on prend en compte les réactions avec l'eau. Soit les réactions suivantes :     

                                AH +H2O --> (A-) + (H3O+)         et           B + H2O --> B+ + (OH-)

D'ailleurs, pourquoi simplifier l'expression [BH+] + [H3O+] = [OH-] + [A-] en disant que [H3O+]=[OH-] (même si je ne vois pas pourquoi c'est le cas) , au lieu d'écrire directement [BH+]=[A-] puisque tu l'avais déjà dit avec le premier tableau d'avancement ( pareil, en prenons en compte les réactions avec l'eau, je vois pas pourquoi on aurait [BH+]=[A-] à l'équilibre ).