Par John Brennan, mis à jour le 30 août 2022
Dans un système chimique, l’équilibre est atteint lorsque les réactions directes et inverses se déroulent à des vitesses égales. La position de cet équilibre est régie par la thermodynamique :en particulier, l'énergie libérée et l'entropie changent au cours du processus. À une température et une pression données, le rapport réactifs/produits est fixé par la constante d’équilibre. Lorsque la pression partielle de CO₂ est connue, la constante d'équilibre peut être utilisée pour calculer la concentration de bicarbonate, HCO₃⁻, en solution.
Toutes ces réactions sont réversibles. Les constantes d'équilibre pour chaque étape nous permettent de déterminer les concentrations relatives de CO₂, H₂CO₃, HCO₃⁻ et CO₃²⁻ à l'équilibre.
En supposant une température ambiante (≈25°C) et une pression atmosphérique standard, nous considérons généralement que le carbonate (CO₃²⁻) n'est présent qu'à l'état de traces lorsque le pH de la solution est ≤9. Dans ces conditions, le CO₂ dissous, l'acide carbonique (H₂CO₃) et le bicarbonate (HCO₃⁻) dominent. Dans les milieux très alcalins (pH>9), la balance se déplace vers le bicarbonate et le carbonate, l'acide carbonique devenant négligeable.
En utilisant la loi de Henry, la concentration de CO₂ dissous est donnée par :
CO₂(aq) =(2,3×10⁻²molL⁻¹atm⁻¹)×P_CO₂
où P_CO₂ est la pression partielle de CO₂ en atmosphères.
L'acide carbonique se forme à partir du CO₂ dissous selon la constante d'équilibre de la première réaction. Une relation empirique est :
H₂CO₃ =(1,7×10⁻³molL⁻¹mol⁻¹L)×[CO₂(aq)]
Parce que H₂CO₃ est un acide faible, sa dissociation en H⁺ et HCO₃⁻ peut être approximée en utilisant la constante de dissociation acide (K_a ≈ 4,3×10⁻⁷). Réorganiser l'expression pour K_a donne :
4,3×10⁻⁷ =[H⁺]² / [H₂CO₃]
En supposant l'électroneutralité, [H⁺] ≈ [HCO₃⁻] dans cette plage de pH. La résolution de [HCO₃⁻] donne la concentration de bicarbonate souhaitée :
[HCO₃⁻] =√(4,3×10⁻⁷×[H₂CO₃])
À l'équilibre, le système équilibre les réactions directes et inverses, reliant la pression partielle du CO₂, le CO₂ dissous, l'acide carbonique et le bicarbonate. En appliquant la loi de Henry et la constante de dissociation acide, vous pouvez calculer la concentration de bicarbonate dans une solution.
