Question:
Dissociation d'un acide dans l'eau + autoprotolyse?
anonymous
2007-12-28 12:28:04 UTC
Je cherche à obtenir l'expression: générale pH = f(pC) pour la dissociation d'un acide dans l'eau en tenant compte à la fois de la dissociation (C pas forcement grand devans epsilon) mais également de l'auto protolyse de l'eau afin de visualiser les portions de courbes assimilables à des droites..
Je bloque sur la résolution d'une équation de dgrés 3 : en w

w^3 + (C+Ke/Ka) w^2 - Ke w - Ke^2/Ka = 0

Quelqu'un aurait une racine évidente ? (sans négliger de termes devant d'autres)
parce que Cardan ça donne des calculs effroyables..
Merci
Trois réponses:
Pierre P
2007-12-29 03:37:38 UTC
Il n'y a pas que les formules de Cardan pour résoudre une équation du 3ème degré.

Lorqu'il y a 3 solutions réelles, on peut utiliser "la trisection de l'angle":



Soit l'équation x^3+px+q=0 avc Delta<0 (donc3 solutions réelles).

Alors l'équation équivaut à:

cos(3a)=(-3rac(3)/2)q/(-p)^1.5 et x=(2/rac(3))(-p)^0.5 cos a



Appliqué à ton équation, on obtient:

p=-Ke-(1/3)(C+ Ke/Ka)²

q=(2/27)(C+Ke/ka)^3+ (Ke/3)(C+ Ke/Ka)- Ke²/Ka

w=(2/rac(3))(-p)^0.5 cos((1/3) arcos(-3rac(3)/2)q / (-p)^1.5)) -(1/3)(C+Ke/Ka)



rem: l'idée est bonne, mais il reste peut-être quelques erreurs de calculs ....

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Je me suis amusé à faire les calculs en prenant pour variable h:

p:=-Ke-Ka*C - Ka^2/3;

q:=2*Ka^3/27+Ka^2*C/3 - 2*Ka*Ke/3;

a:=(-3*sqrt(3.)/2)*q* (-p)^(-3/2);

h:=(2/sqrt(3.))*(-p)^(1/2)* cos(arccos(a)/3) - Ka/3;
orrovvvv
2007-12-28 15:20:17 UTC
1) Racine évidente: faut pas rêver!



2) Nombre de solutions réelles:

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L'équation peut se mettre sous la forme:

Cw² = (Ke-w²)(Ke/Ka+w)

On peut en déduire (faire un graphique) que toutes les solutions sont réelles:

* une racine strictement positive.

* deux racines strictement négatives..

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Démonstration:

l'équation peut se mettre sous la forme f(w)=0 avec

f(w)= Cw² - (Ke-w²)(Ke/Ka+w)

* f(-inf)=-inf

* f(-rac(Ke))>0

* f(0)<0

* f(rac(Ke))>0

f étant continue, elle a au moins 3 racines réelles(2 négatives et une positive).

Commme elle a au plus 3 racines, elle a donc exactement 3 racines réelles.
frenchbaldman
2007-12-28 23:45:57 UTC
C'est davantage de l'analyse mathématique que de la chimie. Il faudrait demander plutôt comment un polynôme de degré trois est approximable par un polynôme de degré deux, sur un certain intervalle. Question chimie. Tu t'intéresses à quel acide? A quelle concentration? Pourquoi gardes-tu les ions de l'autoprotolyse à chaque fois? As-tu, pour un acide donné, donc pour un pKa donné, montré à partir de quelle concentration on peut ne pas négliger les ions de l'eau? Quelle réalité expérimentale est sous-jacente à ta question? Rôle du dioxyde de carbone dissous dans l'eau? Modélisation? Vraiment à partir d'un certain seuil c'est tout simplement du délire, car justement tu ne maîtrises plus l'expérience. Tu as mon avis.

Tu écris pH = f(pC)... Attention le pH n'est pas très souvent (sauf cas triviaux) fonction de pC, mais de -log h, avec Ke = h.w, que je sache. Et dans une équation où l'on cherche le pH la convention "classique", disons habituelle, est de représenter l'inconnue par h et non par oméga.


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