L'équilibre chimique (pH, acides et bases...)

Un acide est une espèce chimique capable de céder au moins un proton H⁺
Une base est une espèce chimique capable de capter au moins un proton H⁺

I - Réaction acido-basique

1) Couple acide base

Un acide est une espèce chimique capable de céder au moins un proton H⁺
Une base est une espèce chimique capable de capter au moins un proton H⁺
Un acide noté AH et sa base conjuguée notée A^- forment un couple acide base noté:
AH/A^-
Ils sont reliés par une demie équation protonique:
AH=A^-+H⁺

Exemple: acide éthanoique (aussi appellé acide acétique)
CH₃CO₂H/CH₃C02^- (ioun éthanoate, aussi appellé acétate)
Certains éléments se comportent à la fois comme un acide et une base: on l'apelle amphotère. L'eau est amphotère.
Elle joue le rôle de base dans le couple:
H₃O⁺ / H₂O
Et le rôle d'acide dans le couple:
H₂O / OH^-

2) Equation de réaction acido-basique

Toute réaction acido basique est un transfert de proton(s) mettant en jeu deux couples.
Si un acide A1H réagit avec une base A₂^-
A₁H / A₁^-
A₂H / A_2^-

L'équation s'écrira:

A₁H + A₂^- = A₁^- + A₂H

Exemple: l'acide éthanoique réagit avec l'eau:

CH₃CO₂H / CH₃CO₂^-
H₃O⁺ / H₂O

L'équation est donc:
CH₃CO₂H + H₂O = H₃O⁺ +CH₃CO₂^-

II - Définition et mesure du pH d'une solution

1) Définition du pH

Pour des solutions diluées ([H₃O⁺] < 10^-1 mol/L) le pH s'exprime:


Et donc:

Pas besoin de savoir exactement ce qu'est log (logarithme) pour le moment, si vous vous posez la question et que vous ne l'avez pas encore vu en mathématiques, considerez le comme une simple fonction qui permettra de faire ce calcul et retenez juste les deux formules ci dessus 

(On ne s'interesse pas aux valeurs en rouge car la formule serait plus compliquée)

Une valeur de pH se mesure généralement à l'aide du papier pH ou du pH-mètre.

2) Précision d'une mesure de pH

Une erreur sur le pH de moins de 1% peut entraîner une erreur de 10% sur la concentration de [H₃O⁺], toute concentration issue d'une mesure de pH devra être exprimée avec au plus deux chiffres significatifs.

III - Etat d'équilibre d'un système chimique

1) Avancement final

On calcule la quantité de matière initiale:
m_A=1.05*0.6=0.63g
M_A=12+3+12+32+1=60
Ainsi:
Et:
C_A=10^-2 mol/L
On prelève V'=20 mL de cette solution et on mesure le pH=3.4
On peut donc calculer:
[H₃O⁺]=10^-3.4=4.0*10^-4
Et
n_H3O+=[H₃O⁺]*V'=20*10^-3*4*10^-4=8*10^-6

On dresse un tableau d'avancement de la réaction, les couples sont:
CH₃CO₂H / CH₃CO2^-
H₃O⁺ / H₂O

Par calcul on a établit que:

nⁱ_CH3CO2H=20*10^-3*10^-2=2.10^-4mol

L'état final du système est constitué d'une grande quantité d'acide éthanoique n'ayant pas réagitet qui aurait du réagir entièrement si la réaction avait été totale.
Une réaction chimique peut donc être limitée. Dans ce cas, aucun des réactifs n'a totalement disparu lorsque le système cesse d'évoluer.
L'avancement final (expérimental) est inférieur à l'avancemet maximal (théorique).
Xf < Xmax
On utilise dans l'écriture d'une réaction limitée le signe "=" (Et non la flèche)

2) Taux d'avancement final

Le taux d'avancement final se note:


0 < X_f < Xmax, donc τ est compris entre 0 et 1

• Si τ=0, la réaction n'a pas eu lieu
• Si 0<τ<1, la réaction a partiellement eu lieu
• Si τ=1, la réaction est totale

Dans l'exemple τ=0.04, c'est à dire que la réaction a été finie a 4% seulement.

3) Sens d'évolution d'un système chimique

On remarque qu'on retrouve un pH plus élevé après la seconde experience. Donc la concentration en ions H⁺ a diminué.
La premiere réaction est:

CH₃CO₂H+H₂0 = CH₃CO₂^-+H₃O⁺

En fait, une réaction non totale (c'est à dire limitée) peut s'effectuer dans les deux sens (direct/inverse)

-> sens direct
A + B = C + D
<- sens indirect

Il s'agit d'un équilibre chimique traduit par un signe "=" dans l'équation de la réaction.