Solution tampon, calcul

[zendub]

Bonjour, j'ai un petit "soucis" sur un exercice très simple de calcul de solution tampon :

On dispose d'une solution aqueuse d'acier acétique de concentration de 0,20 M ainsi que d'acetate de sodium trihydraté cristallisé.
Quelle masse de ce sel doit on ajouter à 100 mL de la solution d'acide pour obtenir une solution tampon à pH = 4,93.
donnée : pKach3cooh/coo- = 4,75

Bref comment calculez vous rigoureusement cette quantité ? Car dans ma correction ils négligent la forme basique de l'acide acétique CH3COO- apportée par la solution et ne considère que celle apportée par le sel.

Merci à vous
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[jeanne08]

- L'acide acetique noté AH réagit mal sur l'eau selon AH + H2O = A- + H3O+ ( la constante Ka est petite) . Lorsqu'on ajoute des ions A- on fait encore "reculer" cet équilibre donc on peut négliger les ions A- issus de la dissociation de l'acide AH devant ceux que l'on va apporter.
- on va donc ecrire pH = pKa + log [A-]/[AH]
note : cette relation est simplement obtenue en prenant le log de Ka
et on en déduit la concentration en A- ajoutée ...

[zendub]

Merci

C'est vrai que je mélange un peu toutes ces "approximation".

Quand on parle de "recul" d'équilibre cela correspond au taux de dissociation ?! On parle de recul total pour un acide fort ?

[jeanne08]

On va prendre un exemple : acide AH de pK = 5 à la concentration 0,1 mol/L
- cet acide est seul dans l'eau . Il se produit la réaction AH + H2O = A- + H3O+ qui marche mal et entraine la formation de autant de A- que de H3O+ . ON porte dans Ka et on trouve [A-] =[H30+] = 10^-3 .Il y a donc 1% d l'acide AH transformé en A- et H3O+
- On ajoute alors 0,1 mol/l de A- à la solution précédente . On a toujours cette réaction AH + H2O = A- + H3O+ avec autant de A- que de AH , le pH est 5 . Il y a donc 10^-5 mol/l de H3O+ qui proviennent de la dissociation de AH ... seulement 1 molécule sur 10000 de AH s'est dissociée . C'est en cela que l'on dit que l'équilibre a " reculé"

Ces problèmes d'approximations sont toujours assez difficiles ... mais il ne faut pas trop paniquer, il faut toujours se dmander ce qui se passe quand on met dans l'eau ceci ou cela ... et regarder si la réaction supposée se fait bien ( constante grande) ou mal ( constante petite) .

[A voir en vidéo sur Futura]

[zendub]

En fait sur ce point je pense avoir un mauvais raisonnement, j'essaie en effet de voir toujours ce qui se passe les quantité de matières des différentes formes et je raisonne en conséquence ... mais là ce point m'a chiffonné et c'est vrai que maintenant c'est "logique"

Maintenant j'ai une question qui me bloque toujours :

quand on réalise une solution tampon, on mélange un acide et sa base conjuguée. Prenons l'exemple d'une solution d'acide faible (acide acétique par exemple). Pour réaliser une solution tampon on peut :
- ajouter une base forte
- ajouter un sel de sa base conjuguée (par exemple CH3COONa).

Lorsque l'on veux faire le calcul des quantité à ajouter on pose alors la formule :

pH = pKa + log base / acide - base (si on ajoute une base forte)
pH = pKa + log base / acide (si on ajoute le sel)

J'essaie alors de comprendre ce qui se passe et pourquoi on additionne pas la forme basique apportée par la base forte ou le sel à la forme basique "en présence" dans la solution d'acide faible. Mais du coup est-ce que cela ne correspond pas à ce que tu m'as dit plus haut :
la solution d'acide faible étant peu dissociée, seule sa forme acide prédomine. On y ajoute la forme basique pour faire une solution tampon ce qui correspond alors à la forme "base" de la solution tampon. Comme l'apport d'une base forte apporte des ions OH- la forme "acide" est neutralisé et c'est pour ça qu'on écris "acide - base"

Bon je sais pas si tu aura réussis à comprendre mon raisonnement peut-être tordu ou faux mais c'est le seul point sur lequel je bloque.

[jeanne08]

Reprenons l'exemple du couple AH/A- de pKa = 5 . Pour aller plus vite je note (X) = concentration de X en mol/L
On a 1L d'une solution à 0,1 mol/L d'acide AH et on veut realiser une solution tampon de pH = 5 . Pour avoir pH = 5 il faut avoir un mélange AH/A- équimolaire car pH = pka+log (A-)/(AH) ( cette formule s'obtient en prenant le log de Ka = (A-)*(H3O+)/(AH) , Ka est toujours vérifiée )
On a donc deux moyens pour y arriver
1) on ajoute des A- ( sous forme A-Na+ solide par exemple) et on en ajoute 0.1 mol dans ce de solution. On a alors un mélangeéquimolaire AH+A- de pH = 5 . Les réactions secondaires de AH et A- avec l'eau sont tout à fait négligeables
2) On ajoute de la soude ( solide ou très concentrée pour ne pas avoir tenir compte de la dilution ) . Soit x le nombre de mol de soude additionnnée à ce L de solution. Il se produit la réaction AH + OH- -> H2O + A- qui est quasitotale ( K = 10^9). Donc si on fait les comptes on a (AH) = 0,1 - x et (A-) = x . Il suffit de faire x = 0,05 pour avoir autant de A- que de AH et donc un mélange équimolaire de AH/A-

[zendub]

Hum donc si je comprend bien :

- Soit on ajoute directement la forme "basique" sous forme de sel et la forme acide en présence ne réagis pas.
- soit on apporte une base forte qui va former de la forme basique à partir de la forme "acide"

Dans ces deux cas la molarité du tampon sera plus importante lors de l'ajout du sel (à concentration d'acide faible avec lequel on forme le tampon égale)

Merci beaucoup, ça commence à devenir "visuellement" compréhensible ))