Activité de l’eau / autoprotolyse

[Chmiman]

Bonjour !

Ayant regardé tous les sujets concernant l’activité de l´eau pour calculer le produit ionique Ke; je ne comprends pas quelque chose.

Le Ke a une différence par rapport au Ka , car il n’y a qu’un produit , et pas un rapport .

Cela amène pour moi deux conclusions :

-Soit on considère les activité et celle de l’eau vaut 1 car solvant et donc diviser par 1 ne s écrit pas .

-Soit, comme j’ai vu quelquefois, Ke est le produit de K( une constante) par [H2O]. Et [H2O] valant 55,55mol/L.

Ce que je comprends pas, c’est pourquoi l’activité de l’eau vaudrait 1. Car si l’activité est le rapport de [H2O] et de 1mol/l, cela ferait une activité valant 55,55, en fait je vois pas par quel calcul on arrive à l’activité de l’eau vaut 1. Je conçois en tout cas que prendre l’activité permet d’eliminer les dimensions.

Ensuite, pour le second cas, cela voudrait dire que à partir du moment où l’on a une constante, on peut l’enlever du rapport, et la passer de l’autre côté de l’équation ?

Voilà, vous me connaissez, j’ai fait mes petites recherches avant de venir poster et je me retrouve avec cette incohérence pour moi , merci à vous de m’éclairer !
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[moco]

Bonjour,
Tu peux raisonner comme il te plaît. Mais on peut très bien suivre ton raisonnement et dire que, dès qu'il y a une constante dans une constante d'équilibre, on fait passer cette constante de l'autre côté du signe égale.

Il y a aussi un autre argument, basé sur le fait que le produit ionique de l'eau ne doit pas dépendre d'une hypothèse sur la structure des ions.
En effet, il y a deux façons d'écrire l'autoprotolyse de l'eau.
- Soit on pose que l'équation d'autoprotolyse est : H₂O <--> H⁺ + OH^- ;
et dans ce cas la constante d'équilibre vaut : K = [H⁺][OH^-]/[H₂O] = [H⁺][OH^-]/55.5
- Soit tu admets que l'autoprotolyse se fait aux dépens de 2 H₂O, selon :
2 H₂O <--> H₃O⁺ + OH^- ;
et dans ce cas la constante d'équilibre s'écrit : K = [H₃O⁺][OH^-]/[H₂O]² = [H₃O⁺][OH^-]/55.5²

Faut-il donc diviser le produit ionique de l'eau par 55.5 ou par le carré de 55.5 ?

On a préféré faire passer ce facteur 55.5 (au carré ou non) de l'autre côté du signe égale, donc dans le K, ce qui revient à dire que la concentration de l'eau, ou son activité vaut 1. Et le problème est réglé.

[petitmousse49]

Bonjour

-Soit on considère les activité et celle de l’eau vaut 1 car solvant et donc diviser par 1 ne s écrit pas .

C'est exactement cela !
En toute rigueur, à l'équilibre :



Si les solutions sont très diluées :
1° : le solvant, l'eau, se comporte comme un corps pur : activité égale à 1 comme tu l'as dit ;
2° : l'activité d'un ion est le rapport (concentration)/( concentration de référence standard : c°=1mol/L).
Cela donne donc :

Si les concentrations sont exprimées en mol/L, il n'est pas nécessaire de "traîner" les c° dans les calculs. Je le rappelle ici pour bien préciser qu'une constante d'équilibre, comme un quotient de réaction, est une grandeur sans dimension (de dimension 1 si tu préfères).
Pour des concentrations supérieures à 0,1mol/L environ (la "barre" dépend de la précision souhaitée), il faut raisonner avec les activités et la situation se complique sérieusement !

[Chmiman]

Merci à vous, mais justement je ne comprends toujours pas pourquoi on réduit l activité de l'eau à 1 ! Et pas 55.55 ! Car 55.55/1 fait 55.55 c'est pour ça que je saisit pas pourquoi on considère que l'activité de l'eau vaut 1. A moins que ma définition de l'activité soit fausse, pour moi c'est a = Ci/Co

Sinon j'ai compris que passer la constante de l'autre côté permetterai toujours d'avoir une constante, mais avec une valeur différente, logique.

[A voir en vidéo sur Futura]

[petitmousse49]

Ta définition de l'activité est effectivement fausse !
L'activité d'un corps pur est égale à 1. C'est une convention qu'il faut à tout prix respecter car les tables thermodynamiques sont établies en tenant compte de cette convention. Dans une solution aqueuse diluée, tu as, au plus, o,1mol/L de soluté et 55,6mol/L de molécules d'eau environ. Il est facile de comprendre que, dans ces conditions, il est possible de considérer que l'eau se comporte chimiquement comme si elle était pure.
La définition a_i=c_i/c° est valide uniquement pour un soluté en solution très diluée comme déjà écrit. En phase gazeuse, il existe encore une autre définition de l'activité d'un gaz assimilé à un gaz parfait : a_i=P_i/P° où P° est la pression standard de référence (P°=1bar=10⁵Pa) et où P_i désigne la pression partielle du gaz.
Pour justifier le fait que l'activité d'un corps pur est égale à 1, tu peux utiliser l'expression générale du potentiel chimique en fonction du potentiel chimique standard et de l'activité mais je ne sais pas si cela est à ton programme.

[petitmousse49]

Petite précision : l'activité d'un corps pur est égale à 1 si ce corps pur est liquide ou solide. Dans le cas d'un gaz pur, son activité est égale à 1 seulement si sa pression est égale à 1bar.

[Chmiman]

Mais du coup , dans le produit ionique, ce ne sont pas les concentrations des ions mais leurs activités !? Pour que le produit ionique soit sans unité

[petitmousse49]

Exactement ce que j'ai écrit dans le message #3 ! Nous sommes d'accord !

[Duke Alchemist]

Bonsoir.

Une petite parenthèse sur le produit ionique de l'eau

Le produit ionique de l'eau n'est rien d'autre qu'un cas particulier de K_a.
En effet, nous avons, pour le couple dont l'équation de dissolution dans l'eau s'écrit , l'expression .
H₂O est une molécule amphotère et appartient aux couples et .

Pour le premier de ces deux couples, l'expression du K_a devient :

pour une activité du solvant égale à 1.

Pour le second couple, l'expression du K_a devient :


Ces deux valeurs de K_a correspondent aux limites de l'acidité en solution aqueuse à 25°C : -log(1) < pH < -log(10^-14) soit 0 < pH < 14.

Cordialement,
Duke.