Acide/Base

Unknown, dimanche 13 septembre 2015 à 14h08

Bonjour,

On va commencer un chapitre sur les acides/bases, et n'ayant pas été très attentifs aux cours de physique/chimie durant les années précédantes, je souhaite prendre un peu d'avance étant donné que je veux avoir une excellente note en PC au bac.

J'ai donc essayé de faire l'exercice suivant: Compléter le tableau pour définir des couples acides/bases conjugués.

Déjà, je n'ai pas compris le mot conjugué, qu'est-ce que ça veut dire?

Ensuite, après un peu de lecture dans le livre, je pense avoir compris que la méthode a adopter pour faire les couples est la suivante:

Acide = Base + H⁺

Or, je n'ai pas compris pourquoi des fois on ajoute le H dans la molécule, ex : H₃O⁺/H₂O (ici, O n'a que deux liasions, donc pourquoi il y a 3 H et non deux?)

et des fois à l'exterieur, ex : CH₃CO₂H/CH₃CO₂^-

J'ai donc essayé de compléter le tableau, y'a t-il des erreurs? (en gras mes réponses)

ClOH/ClO^-

CO₃H^-/CO₃^2-

H₃PO₄/H₂PO₄^-

H₃O⁺/H₂O

H₂S/HS^-

HS^-/S^2-

Merci !

13/09/15 à 14h08

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Blackline, dimanche 13 septembre 2015 à 14h32
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Bonjour Unknow !

Déjà bon point : tes réponses sont justes.

En fait il y a deux types de molécules. Et c'est en comprenant ça que tu vas mieux entrevoir la réalité.

Acide

Un acide A a pour particularité (définition de Bronsted-Lowry) de relacher un proton (H⁺) Tel que :

$$A \rightarrow A^- + H^+$$

A represente l'espèce acide neutre. Et A^- est la base conjugué de A. Cela signifie que A^- est une base car, à l'inverse d'un acide A^- peut capter un proton tel que :

$$ A^- + H^+ \rightarrow A$$

Le couple s'écrit : $A/A^-$

Base

Une base B, toujours selon la définition de Bronsted-Lowry est une espèce pouvant capter un (H⁺) :

$$ B + H^+ \rightarrow BH^+ $$

Avec BH⁺ l'acide conjugué. Et le couple : $BH^+/B$

Pour être sur que tu ais compris, tu peux me dire si $HCO_3^-$ est un acide ou une base ?

13/09/15 à 14h32
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Unknown, dimanche 13 septembre 2015 à 15h11
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J'étais pas prêt de comprendre sans avoir cette explication alors !

$$HCO_{3}^{-} + H^{+} \longrightarrow H_{2}CO_{3}$$

avec ${HCO_{3}^{-}}$ la base qui peut capter le proton ${H^{+}}$ ?

et donc ${HCO_{3}^{-}}$ est la base conjugué de l'acide ${H_{2}CO_{3}}$ ?

Aurais-tu d'autres exemples à faire ?

Merci

EDIT:

Je continue mes exercices, et j'en arrive ici:

Mais pourquoi dans l'exemple, la réaction d'acide nitrique n'est pas un équilibre totale puisque ${x_{max} = x_{f}}$ ? et pour l'acide éthanoïque, ne se sont-ils pas trompés aussi?

13/09/15 à 15h11
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Blackline, dimanche 13 septembre 2015 à 16h09
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Première Question

Ta réponse est partiellement juste; je n'attendais pas plus, car c'était un peu piégeux Tout ce que tu dis est vrai mais tu n'as pas vue que $HCO_3^-$ pouvait être un acide :

$$HCO_3^- \rightarrow CO_3^{2-} + H^+$$

Et $CO_3^{2-}$ est la base conjugué de $HCO_3^-$

Deuxième question

Si tu lis le tout petit encadré, tout en haut ils te parlent de différence entre acide faible et acide fort. L'acide nitrique est un acide fort : il donne tout les protons (H⁺) possible, alors que l'acide éthanoïque lui n'est pas dissocié intégralement, il y aura un mélange de

$$H_3C-COOH $$

$$ H_3C-COO^- $$

$$ H_3O^+$$

13/09/15 à 16h09
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Unknown, dimanche 13 septembre 2015 à 16h28

Ah oui effectivement j'aurai du le voir…

Mais si l'acide nitrique se dissocie intégralement, pourquoi ne dit-on pas qu'il y a un équilibre chimique? Et ici l'acide éthanoîque est loin d'avoir fini de se dissocié, donc on ne peut pas dire qu'elle soit quasi totale et on ne peut encore moins parler d'équilibre chimique, non?

13/09/15 à 16h28

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Blackline, dimanche 13 septembre 2015 à 17h05

En fait une dissociation totale ça veut dire que ceci est impossible :

$$NO_3^- + H^+ \rightarrow HNO_3$$

Donc il y a UN SEUL sens de réaction :

$$HNO_3 \rightarrow NO_3^- + H^+$$

Alors que pour l'acide éthanoïque deux réaction sont en équilibre pendant qu'il se dissocie :

$$H_3C-COOH \rightarrow H_3C-COO^- + H^+$$

Une autre réaction joue en compétition :

$$H_3C-COO^- + H^+ \rightarrow H_3C-COOH$$

Et quand il y a compétition de deux réactions identiques (mais opposées) on appel ça un équilibre.

13/09/15 à 17h05

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pierre_24, dimanche 13 septembre 2015 à 18h46
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Attention qu'une réaction n'est jamais impossible, mais surtout que la réaction a une vitesse très faible. Autrement dit,

$$\ce{HNO3 <=>[k_1][k_{-1}] NO3^{-} + H+}$$

La vitesse de la réaction $k_1$ est très élevée, ce qui signifie que si jamais la réaction inverse venait à ce produire, le produit serait quasi instantanément re-transformé. Il y a donc effectivement équilibre, mais clairement déplacé vers la droite.

Dans le cas de l'acide acétique, il y a effectivement concurrence car les vitesses des deux réactions opposées sont beaucoup moins éloignées l'une de l'autre.

EDIT: correction des charges

13/09/15 à 18h46
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#JeSuisToujoursArius • Docteur, mais en chimie ⚗️ • dev' quand il peut.

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Blackline, dimanche 13 septembre 2015 à 18h59
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Oui c'est même une question de proportion (ne pense pas qu'au petits k pierre_24 il y a les K_a) mais je doute qu'il ait un niveau suffisant pour lui parler de cinétique

PS : C'est quoi HNO₃^- / NO₃^2- ? Haha t'écris sur smartphone ?

13/09/15 à 18h59
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pierre_24, dimanche 13 septembre 2015 à 20h13

Oui c'est même une question de proportion (ne pense pas qu'au petits k pierre_24 il y a les K_a) mais je doute qu'il ait un niveau suffisant pour lui parler de cinétique

Toutafé, mais puisqu'il pose la question de savoir si il n'y a pas un équilibre chimique, je lui répond qu'effectivement si, mais vachement déplacé

PS : C'est quoi HNO₃^- / NO₃^2- ? Haha t'écris sur smartphone ?

Blackline

Oups, corrigé

13/09/15 à 20h13

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Unknown, dimanche 13 septembre 2015 à 22h24

Super merci, même si je n'ai pas tout compris je crois que j'ai bien assimilié en travaillant un peu de mon côté aussi.

En fait je partais du principe qu'équilibre chimique signifiait que $x_{max}=x_{f}$ , or, corrigez moi si je me trompe, cela veut juste dire que la réaction s'est arrêté à un certain point car deux réactions sont en compétition mais que tout n'a pas été consommé (et c'est d'ailleurs pour ça que les pH ne se résument pas que à 0, 7 et 14, mais à une échelle entre 0 et 14 ?).

Et une réaction quasi totale veut dire que $x_{max} \approx x_{f}$ et qu'il n'y a pas de réaction en compétition. (cas des acides forts ou bases fortes)

13/09/15 à 22h24

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Blackline, lundi 14 septembre 2015 à 06h15

Xmax ?

x_max = nombre de mole engendrable par rapport à ce que tu as mis en jeu.

Exemple

Si tu met une mole d'éthanol, x_max est la solution mathématique où tu n'as plus d'éthanol, et que tu as obtenu 1 mole de produit (coeffecient steochiometrique tous égaux a 1 ici).

C'est un peu un notion de "potentiel" : jusqu'où, au mieux, t'as réaction peut-elle aller ?

Xf ?

x_f = nombre de mole réellement générée par ta réaction à t = infinie.

Exemple

Si tu met une mole d'acide nitrique (acide fort) dans de l'eau, x_f est le moment où l'acide s'est dissocié au maximum (ici intégralement puisque c'est un acide fort).

Plus précisément x_f est obtenu quand la variation de mole de produit est nulle. Quand les moles de produit sont stables (toutes identiques dans le temps), tu obtiens x_f

Quel rapport entre Xf et Xmax ?

x_f = x_max quand la théorie rejoins la pratique : Si ce que tu as mis en jeu donne réellement tout ce qu'il pouvait faire (le cas de l'acide nitrique justement)

x_f =/= x_max quand x_max est bloqué par un équilibre, toutes les moles mis en jeu ne sont pas consommé.

Exemple

Acide Ethanoique : Acide faible

x	H₃C-COOH	+	H₂O	⇋	H₃C-COO^-
x_ini	0.1 mol	/	/	/	0
x_f	0.033 mol	/	/	/	0.066 mol
x_max	0	/	/	/	0.1 mol

Ici on notera que c'est une réaction à l'équilibre, et donc x_f différent de x_max

Acide Nitrique : Acide fort

x	HNO₃	+	H₂O	→	NO₃^-
x_ini	0.1 mol	/	/	/	0
x_f	0	/	/	/	0.1 mol
x_max	0	/	/	/	0.1 mol

La fin de l'expérience (x_f) on note bien que tout s'est passé comme prévue, donc x_max = x_f

14/09/15 à 06h15

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GuillaumeDIDIER, lundi 14 septembre 2015 à 08h39

Pour revenir sur ta question de H₃O⁺ / H₂O, l'explication est un peu plus compliqué (je ne sais pas si ça rentre dans le programme actuel de terminal).

Ça fait appel aux représentations de Lewis.

Sans entrer dans les détails, un atome d'Oxygène à 8 électrons, dont 6 sur sa couche externe. Les electrons s'organisent en doublets (un electron célibataire est un radical très réactif). (En fait c'est un peu plus compliqué, mais il faudrait connaitre les sous-couches électroniques).

Les atomes cherchent à voir 8 electrons dans leur couche externe, mais il peut arriver que des situations moins stables existent. Pour cela ils forment des liaisons avec d'autres atomes, et mettent en commun un doublet (chacun apporte un électron, ou un des atome apporte les deux)

En l'occurence dans le cas qui nous intéresse on a la réaction suivante. (En ASCII art)

 H              H
 |              |
|O| + []H⊕ -> ⊕|O-H 
 |              |
 H              H

L'oxygène met en commun un de ses doublets avec le H+. [] Représente le fait que H+ voit 0 doublet sur 1.

Et vu que O présente maintenant une charge (même s'il voit 8 électrons), H₃O⁺ est moins stable que H₂O.

(Si j'avis pu dessiner des flèches dans la réaction plus haut, j'en aurais mis une allant d'un doublet non liant de O(un des | à coté du O qui ne le relie pas à un autre atome vers [], la case quantique vide.

14/09/15 à 08h39

Ordre, Contre-ordre, Désordre !

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Acide

Base

Première Question

Deuxième question

Xmax ?

Exemple

Xf ?

Exemple

Quel rapport entre Xf et Xmax ?

Exemple

Acide Ethanoique : Acide faible

Acide Nitrique : Acide fort

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