Carbonate de soude et CO2

[philippedavid]

Bonjour à tous
Pour ma culture personnelle qui pourrait me décrire les interactions (si elle existent) entre le carbonate de soude et le CO2 dans l'eau.
Merci d'avance
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[LinksApprentiChimiste]

Bonsoir,
Le carbonate de soude, ou plutôt carbonate de sodium de formule Na₂CO₃ est un composé ionique, en solution dans l'eau il donne 2 Na⁺ et CO₃^2-. Le sodium ici n'a pas réellement de lien avec le CO₂, c'est plutôt l'ion carbonate qui va nous intéresser.

L'ion carbonate est une dibase, c'est à dire que celle-ci peut capter 2 protons H⁺.
Si celui-ci n'en capte qu'un seul, il devient l'ion hydrogénocarbonate ou bicarbonate HCO₃^-.
Si l'hydrogénocarbonate récupère un autre proton, il devient l'acide carbonique H₂CO₃.

C'est cette acide carbonique qui est responsable de l'effervescence des boissons gazeuses, en effet il existe un équilibre chimique entre le dioxyde de carbone et l'acide carbonique :
CO₂ + H₂O <=> H₂CO₃

Cet équilibre est aussi mis en jeu lorsqu'on met de l'acide sur du calcaire, CaCO₃, les ions carbonate réagissent rapidement pour former de l'acide carbonique, qui va partiellement passer sous forme de CO₂ gazeux, résultat notre pierre mousse.

Maintenant, si on fait buller du CO2 dans une solution basique, celui ci va se dissoudre et former H2CO3 sauf que ces protons seront capter par la solution pour former successivement, HCO₃^- et CO₃^2-. Les ions carbonate ne se forment que si la solution est suffisamment basique.

Ce que je viens de décrire est un problème qui arrive assez souvent en salle de TP de chimie, un flacon de soude mal refermé sera rapidement contaminé par le CO₂ issu de notre respiration et sera responsable d'un dépôt blanc de carbonate de sodium au fond du flacon.

[philippedavid]

Bonjour à vous en vous remerciant de votre réponse claire.
Donc en résumé et si j'ai bien compris. Barboter du CO2 dans une solution saturée de Na2CO3, on obtiendra un mélange de NaHCO3 et de Na2CO3. Avez vous une idée du ratio entre les 2 ?
Bien cordialement

[LinksApprentiChimiste]

Bonsoir,
En théorie comme Na2CO3 est une base, elle devrait capter les protons du H2CO3 formé par la dissolution du CO2. Question proportions, impossible de savoir à l'avance, en revanche en connaissant le pH et les pKa des 2 couples acide/base, on peut avoir une idée du ratio entre les deux.
Grâce à la relation pH = pKa + log(Base/Acide), le pKa d'un couple est une constante et le pH se mesure donc on peut remonter au rapport des concentrations.
Je vous invite par ailleurs à faire quelques brèves recherches sur les diagrammes de prédominance.

[A voir en vidéo sur Futura]

[philippedavid]

Bonjour et merci de votre réponse
J'ai suivi votre conseil et j'ai trouvé:
NaHCO3: pH = 6,35 (solubilité 87 g/l) et Na2CO3: pH = 11,9 (solubilité 300 g/l)

Pour NaHCO3
pKa pK1=10,33, pK2= 6,33 (couples HCO3− / CO32− et CO2 dissous / HCO3−)

Pour Na2CO3
pKa 10,33 ou 10,35 (couple acido-basique HCO3 –/CO3 2–)

J'ai vu que avec l'action du CO2 dans une solution de soude, en théorie, à pH 10,3, la solution contient des ions dont les activités sont telles que 50% des ions sont sous forme Na2CO3 et 50% sous forme NaHCO3.
Et que à pH 10,6 la solution contient des ions dont les activités sont telles que 90% des ions sont sous forme Na2CO3 et 10% sous forme NaHCO3

Peut-on en déduire que le CO2 dans une solution de carbonate de soude donnerait le même résultat ?