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Les réactions d'oxydo-réduction sont définies par un échange d'électrons un par un (et non plus de doublets) entre deux partenaires, un oxydant et un réducteur.

  • L'oxydant capte les électrons
  • Le réducteur donne des électrons

Nous pouvons facilement montrer ce transfert d'électrons par l'attaque des métaux par les acides. En effet, un grand nombre de métaux réagissent avec beaucoup d'acides, par exemple ici le zinc avec l'acide chlorhydrique :

\[ \Large Zn + 2\;HCl \rightarrow \; ZnCl_2 + H_2\]

Dans cet exemple, le zinc (élémentaire) n'a aucune charge. Après réaction avec l'acide, il y a eu formation d'un sel, le chlorure de zinc qui amène le zinc à porter une charge +2. Cette charge marque la perte de deux électrons, ce sera aussi l'étage d'oxydation du zinc dans ZnCl2.

L'association de ces deux réactions est appelée oxydo-réduction. Comme il y a échange d'électrons, il y aura une modification des étages d'oxydation de certains éléments. C'est une caractéristique qui permet facilement de déterminer que nous sommes devant une telle réaction.

Comme la réaction de réduction est l'inverse de l'oxydation, chaque réaction sera réversible, elles seront donc toutes équilibrées ... Par contre, associer une réaction d'oxydation et une réaction de réduction pourra permettre des réactions complètes, cela dépendra de leur force !

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Attention, deux définitions viennent parfois semer le trouble :

  • La réaction d'oxydation qui est le fait pour un réactif de perdre des électrons est subie par les REDUCTEURS.
  • La réaction de réduction qui est l'inverse de l'oxydaion (capter des électrons) est subie par les OXYDANTS.

Au final donc un oxydant se réduit (il passe donc d'une forme oxydée à une forme réduite) et un réducteur s'oxyde (il passe d'une forme réduite à une forme oxydée).

A nouveau, nous aurons des couples, appelés couples rédox auquels sera associée une valeur qui caractérisera la force du couple (oxydant ou réducteur fort ou faible).  Cette valeur est appelée Potentiel standard (noté E°) et exprimé en Volts. Comme il s'agit de transfert d'électrons, nous ne serons pas étonnés de voir la proximité avec la notion d'électricité et le partage d'une unité souvent utilisée en physique.

 

\[ \Large CaCl_2 + Na_2SO_4 \longrightarrow CaSO_4 + 2 \;NaCl\]

Dans cette réaction, nous faisons réagir deux sels. Jusqu'ici, nous n'avions jamais parlé d'une telle réaction.  Il s'agit d'une réaction d'échange d'ions entre deux sels solubles. Le moteur de cette réaction est que le sulfate de calcium est un sel peu soluble. Il va donc précipiter et un équilibre va s'installer entre le solide et les ions calcium et sulfate en solution.

\[ \Large CaSO_4 \rightleftarrows Ca^{++} +SO_4^{--}\]

Comme il s'agit d'un équilibre, on doit donc écrire une constante d'équilibre afin de décrire l'équilibre mathématiquement. Cette constante d'&quilibre est un peu particulière car le réactif est solide et ne s'y écrit donc pas :

\[ \Large K_S= [Ca^{++}].[SO_4^{--}]\]

Cette constante dont les valeurs sont à trouver dans la table des constantes de solubilité, peut être reliée à la solubilité.

La solubilité (notée S) est, par définition, la quantité (en moles ou en grammes) d'une substance que l'on peut dissoudre dans un litre de solution. Exprimée en moles, il s'agit donc de la quantité de moles de sulfate de calcium par litres qui s'est transformée en ions. Elle représente donc, ici, la quantité en ions formés, vu le tableau de bilan de matière suivant : on place la quantité exacte de sulfate de calcium correspondant à la solubilité, qui se dissous donc totalement.

\[ \Large \begin{array}{|c|c|} \hline &CaSO_4 &\longrightarrow & Ca^{++}&+&SO_4^{--}\\\hline \hline n_i &S&&0&&0 \\\hline \hline n_r &-S&&+S&&+S \\\hline \hline n_f &0&&S&&S \\\hline \end{array} \]

On peut donc relier la constante à la solubilité et en connaissant la valeur de la constante, déterminer la valeur de la solubilité exprimée en moles/L.

\[ \Large K_S= [Ca^{++}].[SO_4^{--}]= S . S = S^2\]

\[ \Large S= \sqrt{K_S}= \sqrt{4,93 . 10^{-5}}= 7.10^{-3} \frac{moles}{L}\]

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Si il y a des coefficients stoechimétriques, il doivent être en exposant des concentrations et donc des solubilités ....
Si, dans un exercice, il existe déjà un des ions, il faut en tenir compte dans le tableau. La concentration des deux ions ne sera donc pas identique ...
Lorsque des ions H3O+ ou OH- sont mis en jeu dans l'équation, il y a un lien avec le pH !

 

Les électrolytes forts

Par définition des électrolytes forts, ils sont totalement dissociés. La quantité en ions hydronium en solution est donc stoechimétrique avec la quantité d'électrolyte introduits dans la solution (pour autant que ce soit des acides ou des bases).

Pour les reconnaître, il faut savoir que :

  • Les sels sont des électrolytes forts,
  • Les acides dont le pKa est inférieur au pKa de H3O+ (-1,74) sont des électrolytes forts.
  • Les bases dont le pKa est supérieur au pKa de OH- (15,74) sont des électrolytes forts.

Pour ces composés, lorsque l'on écrit une équation de dissociation, on utilisera une flèche unique. Cela signifie que la réaction est complète et donc que toutes les molécules sont transformées en ions. Il n'existe plus que des ions en solution.

 

 

 

Les électrolytes faibles

Dans le cas des électrolytes faibles, ils sont partiellement dissociés. Cela implique donc que la réaction de dissociation est une réaction équilibrée. Son avancement sera donc fonction d'une constante d'équilibre Ka (constante d'acidité) pour les acides et Kb (constante de basicité) pour les bases.
Tous les électrolytes qui ne répondent pas aux conditions pour être électrolyte fort, sont faibles. Dans ce cas, nous utiliserons une double flèche dans l'équation de dissociation pour montrer qu'il y a un équilibre entre la molécule dissociée et ses ions ...  La molécule et ses ions existent tous en solution.

 

 

 

Le pH est donc la mesure (chiffrée) de l'acidité. Pour une solution donnée, sa valeur va dépendre :

  • de la nature du corps (acide ou base) mais aussi (électrolyte fort ou faible)
  • de la concentration du corps

Cette valeur permet de classer les solutions selon leur acidité sur une échelle appelée échelle de pH :

  PH 0 PH 1 PH 2 PH 3 PH 4 PH 5 PH 6 PH 7 PH 8 PH 9 PH 10 PH 11 PH 12 PH 13 PH 14
pH  0  2  4  5  7  8  9  10  11  12  13  14
  ACIDE  NEUTRE BASIQUE
                               
[H+] 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 10-13 10-14
Exemple   stomach icon 2316627 1280 citrons.resized jusorange.resized vin.resized cafe.resized lait.resized sang.resized mer.resized savon.resized          

 

 

 

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