4.8: Réactions chimiques en solutions aqueuses

Les substances chimiques interagissent de plusieurs façons. Certaines réactions chimiques présentent des schémas de réactivité communs. En raison du grand nombre de réactions chimiques, il devient nécessaire de les classer en fonction des schémas d'interaction observés.

L'eau est un bon solvant qui peut dissoudre de nombreuses substances. Pour cette raison, de nombreuses réactions chimiques ont lieu dans l'eau. De telles réactions sont appelées des réactions aqueuses. Les trois types les plus courants de réactions aqueuses sont les réactions de précipitation, les réactions acido-basiques et les réactions d'oxydoréduction.

Réactions en solutions aqueuses  

Une réaction de précipitation implique l'échange d'ions entre des composés ioniques en solution aqueuse pour former un sel insoluble ou un précipité. Dans une réaction acido-basique, un acide réagit avec une base et ces deux derniers se neutralisent, produisant un sel et de l'eau. Une réaction d'oxydoréduction implique le transfert d'électrons entre les espèces qui réagissent. On dit que le réactif qui perd des électrons est oxydé et que le réactif qui gagne des électrons est réduit.

Équations pour les réactions aqueuses  

Lorsque des ions sont impliqués, il existe différentes façons de représenter les réactions qui se produisent dans des milieux aqueux, chacune avec un degré de précision différent. Pour comprendre cela, prenons un exemple de réaction de précipitation. La réaction se produit entre des solutions aqueuses de composés ioniques, comme BaCl₂ et AgNO₃. Les produits de la réaction sont le Ba(NO₃)₂ aqueux et le AgCl solide. 

Cette équation équilibrée est appelée équation bilan. Les équations bilans fournissent des informations stœchiométriques pour effectuer des calculs quantitatifs et permettent également d'identifier les réactifs utilisés et les produits formés. Cependant, les équations bilans ne fournissent pas les détails du processus de réaction en solution, c'est-à-dire qu'elles n'indiquent pas les différentes espèces ioniques présentes en solution.  

Les composés ioniques tels que BaCl₂, AgNO₃ et Ba(NO₃)₂ sont hydrosolubles. Ils se dissolvent en se dissociant selon leurs constituants ioniques, et leurs ions sont dispersés de manière homogène en solution.  

AgCl étant un sel insoluble, il ne se dissocie pas en ions et reste en solution sous forme solide. Compte tenu des facteurs ci-dessus, une représentation plus réaliste de la réaction serait :  

Il s'agit de l'équation ionique complète dans laquelle tous les ions dissous sont représentés explicitement.  

Cette équation ionique complète indique deux espèces chimiques qui sont présentes sous une forme identique des deux côtés, Ba²⁺  (aq) et NO₃⁻  (aq). Ces ions sont appelés ions spectateurs. La présence de ces ions est nécessaire pour maintenir la neutralité de la charge. Comme ils ne sont ni chimiquement ni physiquement modifiés par le processus, ils peuvent être éliminés de l'équation.  

Cette équation peut être davantage simplifiée pour donner :  

Il s'agit de l'équation ionique nette. Elle indique que le chlorure d'argent solide peut être produit à partir d'ions chlorure et d'ions argent dissous, quelle que soit la provenance de ces ions.  

Ce texte est adapté de OpenStax Chemistry 2e, Section 4.1 : Écrire et équilibrer des équations chimiques.  

De nombreuses réactions chimiques se produisent dans des solutions aqueuses. Ces réactions se répartissent en 3 catégories principales:précipitation, acide base et oxydation réduction. Dans une réaction de précipitation typique, les cations dissous et les anions se réunissent pour former un composé ionique insoluble qui précipite de la solution.

Par exemple, la réaction entre le chlorure de potassium aqueux et le nitrate d'argent aqueux conduit à la précipitation de chlorure d'argent insoluble. Dans une réaction acide-base, l'acide et la base se neutralisent mutuellement, par exemple lorsqu'un proton d'un acide et un ion OH d'une base réagissent pour former de l'eau. Les contre-ions réagissent généralement pour former un sel.

Par exemple, le bromure d'hydrogène réagit avec l'hydroxyde de potassium pour donner de l'eau et du bromure de potassium. Dans une réaction d'oxydo-réduction, ou redox, les électrons sont transférés d'un réactif à un autre. Par exemple, un atome de potassium perd un électron en un atome de chlore lorsqu'ils se combinent pour former du chlorure de potassium.

Lorsqu'une réaction chimique se produit dans une solution aqueuse, les solides moléculaires hydrosoluble se dissolvent sous forme de molécules intactes, tandis que les solides ioniques hydrosoluble existent sous forme d'ions séparés. Les solides ioniques qui sont insolubles dans l'eau restent non dissous. Lors de l'écriture d'équations pour les réactions qui se produisent en solution aqueuse, la nature de la substance dissoute doit être indiquée.

Considérons la réaction de précipitation entre le nitrate de plomb(II)aqueux et l'iodure de sodium aqueux pour former l'iodure de plomb(II)solide et le nitrate de sodium aqueux. L'équation équilibrée est appelée l'équation moléculaire parce que les formules neutres complètes des composés sont écrites comme si elles existaient sous forme de molécules ou d'unités entières en solution. Les composés ioniques solubles dans l'eau tels que le nitrate de plomb(II)l'iodure de sodium et le nitrate de sodium existent sous forme d'ions en solution, tandis que l'iodure de plomb(II)insoluble dans l'eau existe sous forme de solide ionique.

L'équation moléculaire peut donc être réécrite comme une équation ionique complète, qui montre des espèces ioniques solubles sous forme d'ions libres en solution. Les ions qui apparaissent sous formes identiques des deux côtés de l'équation ionique complète sont appelés ions spectateur. L'annulation des ions spectateurs laisse l'équation ionique nette, qui ne comprend que les ions et les molécules qui participent réellement à la réaction.