Autoprotolyse

L'autoprotolyse est une réaction de transfert de proton entre deux molécules identiques, l'une jouant le rôle d'acide au sens de Brønsted et l'autre celui de base^[1].

Écriture générale

L'autoprotolyse est une réaction de type acido-basique au cours de laquelle une espèce au caractère amphotère (on dit également un ampholyte) réagit sur elle-même (d'où le préfixe auto-). Si on note cette espèce amphotère HA :

• HA se comporte comme un acide et libère un proton H⁺ : ${\displaystyle \mathrm {HA\longrightarrow H^{+}+A^{-}} }$
• HA se comporte comme une base et accepte un proton H⁺ : ${\displaystyle \mathrm {HA+H^{+}\longrightarrow H_{2}A^{+}} }$

L'équation chimique d'une autoprotolyse est donc de la forme générale : ${\displaystyle \mathrm {HA+HA\rightleftharpoons A^{-}} +\mathrm {H_{2}A^{+}} ~}$

Autoprotolyse de l'eau

Évolution du produit ionique de l'eau en fonction de la température, à la pression de 25 MPa.

Évolution du produit ionique de l'eau en fonction de la pression, à la température de 25 °C.

L'eau se comporte comme un acide et libère un proton H⁺:

${\displaystyle \mathrm {H_{2}O\longrightarrow H^{+}+OH^{-}} }$

L'eau se comporte comme une base et accepte un proton H⁺:

${\displaystyle \mathrm {H_{2}O+H^{+}\longrightarrow H_{3}O^{+}} }$

Les ions OH⁻ et H₃O⁺ ainsi formés sont immédiatement solvatés (hydratés). On écrit donc :

${\displaystyle \mathrm {2~H_{2}O_{(l)}\rightleftharpoons H_{3}O_{(aq)}^{+}+OH_{(aq)}^{-}} }$

Constante d'équilibre : produit ionique de l'eau

La constante d'équilibre de cette réaction est également appelée « produit ionique de l'eau » et notée K_e :

K_e = [H₃O⁺(aq)] · [OH⁻(aq)]

À 25 °C, K_e vaut 10⁻¹⁴.

Pour de l'eau pure, on en déduit que :

[H₃O⁺(aq)] = [OH⁻(aq)] = 10⁻⁷ mol/L,

d'où son pH :

pH = –log [H₃O⁺(aq)] = 7.

C'est pourquoi le pH de la neutralité de l'eau à la température de 25 °C est fixé à 7.

En fait, il est plus exact de travailler avec des activités et non des concentrations, mais on peut faire l'hypothèse que les concentrations sont suffisamment diluées pour justifier l'approximation suivie.

Autres espèces amphotères

Autoprotolyse de l'ammoniac :

${\displaystyle \mathrm {2~NH_{3(aq)}\rightleftharpoons NH_{4(aq)}^{+}+NH_{2(aq)}^{-}} }$

Autoprotolyse de l'ion hydrogénocarbonate :

${\displaystyle \mathrm {2~HCO_{3(aq)}^{-}\rightleftharpoons H_{2}CO_{3(aq)}+CO_{3(aq)}^{2-}} }$