Autoprotolyse de l'eau et produit ionique
L'autoprotolyse de l'eau est un concept fondamental en chimie des solutions aqueuses. Ce phénomène explique pourquoi l'eau pure a un pH neutre de 7,0 à température ambiante.
Définition: L'autoprotolyse de l'eau est la réaction dans laquelle deux molécules d'eau échangent un proton pour former un ion hydronium (H3O+) et un ion hydroxyde (HO-).
La réaction d'autoprotolyse est représentée par l'équation :
2 H2O ⇌ H3O+ + HO-
Highlight: L'eau est un ampholyte, ce qui signifie qu'elle peut agir à la fois comme un acide et une base.
Le produit ionique de l'eau, noté Ke, est une constante d'équilibre cruciale :
Formule: Ke = [H3O+]éq × [HO-]éq = 1,0 × 10-14 (sans unité)
Cette constante permet de calculer les concentrations en ions hydronium et hydroxyde à l'équilibre :
• Pour une solution neutre : [H3O+] = [HO-] = 1,0 × 10-7 mol/L
• Pour une solution acide : [H3O+] > 1,0 × 10-7 mol/L
• Pour une solution basique : [H3O+] < 1,0 × 10-7 mol/L
Exemple: Dans une solution de pH = 4, la concentration en ions hydronium est [H3O+] = 10-4 mol/L, ce qui indique une solution acide.
La relation entre le pH et le pKe (- log Ke) est également importante :
• pH < 7,0 : solution acide
• pH = 7,0 : solution neutre
• pH > 7,0 : solution basique
Ces concepts sont essentiels pour comprendre la force des acides et des bases en Terminale et pour résoudre des exercices sur la force des acides et des bases.