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Autoprotolyse et produit ionique de l’eau

Par Yann le 15/03/2017 Ressources > Physique-Chimie > Terminale S > Acides et bases > Autoprotolyse et produit ionique de l’eau
Table des matières

    L’eau est un acide
    L’eau joue le rôle d’un acide au sein du couple acide base (H2O/OH)
    Sa base conjuguée est donc l’ion hydroxyde de formule OH et la demi-equation de réaction est:

     H2ODouble flêche de l'équilibre chimique OH + H+

    L’eau étant un acide elle peut donc réagir avec une base B dont la demi-équation de réaction est:

     B + H+Double flêche de l'équilibre chimique BH

    L’équation de réaction entre l’eau et cette base est alors:

     H2O +B Double flêche de l'équilibre chimique OH+ BH

    L’eau est une base
    L’eau joue également le rôle d’une base au sein du couple acide base ( H3O+/H2O)
    Dans ce cas son acide conjugué est l’ion oxonium de formule H3O+ et la demi-equation de réaction est:

     H2O + H+Double flêche de l'équilibre chimique H3O+   

    L’eau étant une base elle peut donc réagir avec un acide AHdont la demi-équation de réaction est:

     AHDouble flêche de l'équilibre chimique A + H+

    L’équation de réaction entre l’eau et cet acide est alors:

     H2O +AH Double flêche de l'équilibre chimique H3O+ + A

    L’eau est un ampholyte
    Etant donné que l’eau peut être un acide ou une base ( selon le couple acide-base considéré )on la qualifie d’ampholyte.
    Il existe d’autres ampholytes comme l’ion hydrogénocarbone ( HCO3 ) qui joue le rôle d’un acide dans le couple ( HCO3/CO32-) et d’une base dans le couple ( H2CO3/HCO3)

    L’autoprotolyse de l’eau
    Etant donnée que l’eau peut jouer le rôle d’un acide ou d’une base, deux molécules d’eau peuvent réagir ensemble ( l’une étant un acide et l’autre une base ) suivant les demi-équations de réaction:

     H2ODouble flêche de l'équilibre chimique OH + H+
     H2O + H+Double flêche de l'équilibre chimique H3O+   

    Ce qui donne l’équation de réaction suivante:

     H2O + H2ODouble flêche de l'équilibre chimique   OH + H3O+     

    Soit:

     2 H2ODouble flêche de l'équilibre chimique   OH + H3O+     

    L’eau se décompose donc spontanément en ions hydroxyde et oxonium: ce phénomène est appelé autoprotolyse de l’eau.
    Attention, ces ions apparaissent cependant en faible quantité.

    Le produit ionique de l’eau
    L’equilibre qui existe entre l’eau et les ions produits par autoprotolyse peut être décrit par la relation suivante:
    Ke = [H3O+][OH]               où Ke est une constante appelée produit ionique de l’eau.
                                                                            A 25°C elle a pour valeur Ke = 10-14  
                                                                            C’est une grandeur sans unité qui dépend de la température.
    Cette relation permet en particulier de calculer la concentration en ions oxonium ( et donc d’en déduire le pH ) à partir de la concentration en ions hydroxyde.

    Le pH de l’eau pure
    Dans une eau pure les ions hydroxyde et oxonium sont produits en même quantité par autoprotolyse ce qui signifie que leurs concentrations ont même valeur: [H3O+]= [OH].
    L’expression du produit ionique de l’eau peut donc s’écrire:
    Ke = [H3O+]x [OH]
    Ke = [H3O+]x [H3O+]
    Ke = [H3O+]2    
    10-14 = [H3O+]2    
    [H3O+] = 10-7
    Donc pH = 7 ce qui correspond bien au pH d’une solution neutre
    La concentration des ions oxonium et hydroxyde est de 10-7 mol.L-1

    Autoprotolyse et conductivité de l’eau pure
    Le phénomène d’autoprotolyse implique que l’eau pure n’existe pas puisque les molécules d’eau sont toujours accompagnées d’ions oxonium et d’ions hydroxyde.
    A cause de la présence de ces ions l’eau n’est jamais totalement isolante.

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