|
 |
 |
|
|
|
COMPOSITION DE L'EAU PURE
L’eau est l’espèce chimique de loin la plus répandue à la surface du globe : les trois quarts de sa surface sont recouverts par les océans et l’eau est indispensable à la vie. L’eau est donc le liquide le plus courant et sans doute le plus utilisé par les chimistes…
Composition chimique de l’eau :
Chacun connaît la formule chimique de l’eau : H2O , que l’on devrait donc appeler oxyde de dihydrogène. L’eau est liquide entre 0 et 100 °C sous une pression de 1 bar. Cet état liquide dans ces conditions s’explique par l’existence de nombreuses liaisons intermoléculaires que l’on appelle « liaisons hydrogène ».
On a pu constater que même extrêmement purifiée, l’eau liquide conduisait très faiblement le courant électrique, propriété qui ne peut s’expliquer que par la présence de très faibles quantités d’ions dans le liquide ; ces ions se sont révélés être des ions H+ (ion hydrogène) et OH- (ion hydroxyde) entourés de plusieurs molécules d’eau.
La formule chimique de ces ions devrait donc être : H+, x H2O et OH-, y H2O où x représente le nombre de molécules d’eau entourant un ion H+ et y le nombre de molécules d’eau entourant un ion OH- ; pour simplifier l’écriture on utilise parfois le symbole aq signifiant « aqueux » en indice de la formule de l’ion : H+aq et OH- aq. Le plus souvent, pour des raisons de rapidité d’écriture, on utilise plutôt la notation H3O+ c’est à dire un ion H+ solvaté par une molécule d’eau (ion hydronium) et OH- pour ces deux ions . Ces notations ne correspondent pas vraiment à la réalité, les valeurs de x et de y pouvant dépasser 4 ou 5…
Réaction de formation des ions H3O+ et OH-
La présence de ces deux ions résulte de la réaction dite d’auto-protolyse de l’eau :
Cette transformation correspond à un « échange » d’ion H+ entre deux molécules d’eau l’une perdant un ion H+ pour devenir un ion OH- et l’autre le gagnant pour devenir H3O+ ; la constante d’équilibre associée à cette réaction, Ke, est souvent nommée « produit ionique de l’eau »
Concentrations des espèces présentes à 25°C :
A l’état d’équilibre, si Q représente le quotient réactionnel associé à la réaction d’autoprotolyse de l’eau, Q aura pour valeur Ke.
Ce quotient réactionnel s’exprime :
où ai représente l’activité de l’espèce i. Compte tenu des faibles quantités d’ions présentes, ces derniers seront considérés comme des solutés et l’eau sera le solvant.
Les activités sont alors :
car l’activité d’un soluté, si sa concentration n’est pas trop élevée, est égale au rapport de sa concentration en mol.L-1 sur la concentration de référence c° = 1 mol.L-1
L’activité d’un solvant étant égale à 1, l’activité de l’eau a H2O = 1.
Le quotient réactionnel Q vaut donc :
où [OH-] et [H3O+] sont les concentrations des ions à l’état d’équilibre.
En remplaçant c° par sa valeur et en remarquant que lorsqu’un ion H3O+
se forme, il se forme obligatoirement également un ion OH- et que
par conséquent 
,
cette relation devient :
soit :
La concentration de l’eau H2O s’obtient à partir de la masse volumique r de l’eau à 25°C : r vaut 0,9970 kg/L , un litre d’eau a donc une masse de 997,0 g ; la masse molaire de l’eau étant de 18,02 g.mol-1 , la concentration en eau sera :
|
|
|