Introduction [Composition d'une solution aqueuse quelconque]

Introduction

Étude des solutions dans lesquelles tous les types de réactions (précipitation^[1], acido-basiques^[2], complexation^[3]) peuvent se produire simultanément.

Dans les chapitres précédents, nous avons toujours étudié des solutions dans lesquelles un seul type de réaction chimique était à prendre en compte : par exemple, en abordant la dissolution d'un électrolyte, nous avons considéré que les ions passés en solution ne réagissaient pas avec d'autres espèces chimiques.

L'approche du cas général où toutes sortes de réactions peuvent se produire simultanément peut s'effectuer systématiquement, comme nous l'avons vu pour l'étude des acides en posant :

L'équation d'électroneutralité de la solution
Les diverses relations de bilan
L'ensemble des relations \(\textrm Q_\textrm i = \textrm K_\textrm i\) à l'équilibre pour les i réactions possibles (\(\textrm Q_\textrm i\) représente le quotient réactionnel^[4] et \(\textrm K_\textrm i\) la constante d'équilibre^[5] de la réaction i).

En résolvant le système d'équations obtenu à l'aide d'un nombre plus ou moins important d'approximations dont il faudra vérifier la pertinence une fois les calculs terminés.

Les paragraphes suivants présentent des situations de complexités diverses et les applications pratiques qui peuvent en découler.

Notes

Précipitation
On appelle précipitation la formation d'un composé solide quand on mélange deux solutions limpides.
Réaction acido-basique
réaction entre la forme acide A1 d'un couple acide-base A1 / B1 avec la forme basique B2 d'un autre couple acide-base A2 /B2 .
\(\mathrm{A1 + B2 = B1 + A2~~ K}\)
La constante d'équilibre K associée à cette réaction est liée aux constantes d'acidités des deux couples par la relation : \(\mathrm{K = Ka1 / Ka2}\)
Réactions de complexation
réaction de formation d'un complexe à partir d'un cation \(\mathrm{C ^{c+}}\) et de n ligands \(\mathrm{L^{y-}}\) :
à cette réaction est associée une constante d'équilibre K.
Quotient réactionnel Q
Le quotient réactionnel Q est une grandeur thermodynamique permettant de prévoir l'évolution d'un système dans lequel la réaction \(\mathrm{Sn_i.X_i}\) = 0 (\(\mathrm{n_i}\) est positif pour les produits, négatif pour les réactifs) peut avoir lieu et à laquelle est associée la constante d'équilibre K :
Q est défini comme \(\mathrm{P~a_i^{ni}}\) ;
où \(\mathrm{a_i}\) représente l'activité du composé i
On l'utilise pour prévoir l'évolution d'un système en comparant Q et K :
Si Q < K alors le système va évoluer de sorte que les activités des produits augmentent et que celles des réactifs diminuent , c'est à dire que l'avancement de réaction sera positif (réaction s'effectuant de gauche à droite) . L'évolution sera terminée lorsque Q sera égal à K. Le quotient réactionnel à l'équilibre est alors noté \(\mathrm{Q_{eq}}\).
Si Q > K l'évolution se fera de droite à gauche (avancement de réaction négatif) . L'évolution sera également terminée lorsque Q = \(\mathrm{Q_{eq}}\)= K.
constante d'équilibre K (définition)
A toute réaction chimique est associée une constante d'équilibre (ou constante de réaction) notée K .
Cette constante K est reliée à l'enthalpie libre standard de la réaction à la température T , \(\mathrm{D_rG°_T}\) , par la relation
\(\Delta\mathrm{_rG°_T = R.T. ln (K)}\)
La constante K peut être calculée à diverses températures de façon plus ou moins approximative (voir le calcul de K).
L'intérêt fondamental de connaître la valeur de K est de pouvoir calculer l'état final d'un système en exploitant la relation \(\mathrm{Q_{eq} = K}\) où \(\mathrm{Q_{eq}}\) est le quotient réactionnel à l'équilibre.