Le pH d'une eau de pluie "propre" est légèrement acide. Cette acidité naturelle est due pour l'essentiel au dioxyde de carbone dissous, noté \(\displaystyle{\ce{CO2,H2O}\left(aq\right)}\). Il forme, avec l'ion hydrogénocarbonate, le couple acido-basique \(\displaystyle{\ce{CO2,H2O}\left(aq\right)/\ce{HCO3-}\left(aq\right)}\). À l'aide des concentrations dans les eaux de pluies de ces deux espèces et de leur \(\displaystyle{pK_A}\), on en déduit le pH.
Un eau de pluie récoltée possède une concentration en dioxyde de carbone dissous \(\displaystyle{\ce{CO2,H2O}\left(aq\right)}\) de \(\displaystyle{1,2 \times10^{-5}}\) mol.L−1 et une concentration en ions hydrogénocarbonate \(\displaystyle{\ce{HCO3-}\left(aq\right)}\) de \(\displaystyle{8,0 \times10^{-7}}\) mol.L−1. Déterminer le pH de cette eau de pluie.
Donnée : \(\displaystyle{pK_A\left(\ce{CO2,H2O}\left(aq\right)/\ce{HCO3-}aq\right)=6,4}\)
Rappeler l'expression du pH d'une solution en fonction du \(\displaystyle{pK_A}\)
On rappelle l'expression du pH d'une solution d'acide/base en fonction du \(\displaystyle{pK_A}\) de la solution et des concentrations en acide et en base présentes :
\(\displaystyle{pH=pK_A+log\left(\dfrac{\left[ \ce{A-} \right]}{\left[ AH \right]}\right)}\)
Avec :
- \(\displaystyle{\left[ AH \right]}\) la concentration de l'espèce sous sa forme acide, en mol.L−1
- \(\displaystyle{\left[ A^- \right]}\) la concentration de l'espèce sous sa forme basique, en mol.L−1
L'expression du pH d'une solution d'acide/base en fonction du \(\displaystyle{pK_A}\) de la solution et des concentrations en acide et en base présentes est :
\(\displaystyle{pH=pK_A+log\left(\dfrac{\left[ \ce{A-} \right]}{\left[ AH \right]}\right)}\)
Relever la concentration en dioxyde de carbone dissous
On relève dans l'énoncé la concentration en dioxyde de carbone dissous \(\displaystyle{\ce{CO2,H2O}\left(aq\right)}\). Elle s'exprime en mol.L−1.
La concentration en dioxyde de carbone est :
\(\displaystyle{\left[ \ce{CO2,H2O}\left(aq\right) \right]=1,2 \times10^{-5}}\) mol.L−1
Relever la concentration en ion hydrogénocarbonate
On relève dans l'énoncé la concentration en ion hydrogénocarbonate \(\displaystyle{\ce{HCO3-}\left(aq\right)}\). Elle s'exprime en mol.L−1.
La concentration en ion hydrogénocarbonate est :
\(\displaystyle{\left[ \ce{HCO3-}\left(aq\right) \right]=8,0 \times10^{-7}}\) mol.L−1
Effectuer l'application numérique
On effectue l'application numérique et on obtient le pH de l'eau de pluie.
On a donc :
\(\displaystyle{pH=pK_A+log\left(\dfrac{\left[ \ce{HCO3-} \right]}{\left[ \ce{CO2,H2O} \right]}\right)}\)
\(\displaystyle{pH=6,4+log\left(\dfrac{8\times10^{-7} }{1,2 \times10^{-5}}\right)}\)
\(\displaystyle{pH=5,2}\)