Partie II: La reaction chimique

     Suite aux expériences que nous avons effectuées (cf partie Experiences), nous nous sommes rendus compte que la réaction entre le carbonate acide de sodium (basique) et un acide (citrique, malique ou lactique) en milieu aqueux produisait une effervescence (du latin ex et fervere, ce qui signifie littéralement "boullir"). Nous pûmes en effet observer la formation de bulles de taille variable, liées à un dégagement gazeux.

      La salive de notre bouche est une solution aqueuse mais également visqueuse. Sa viscosité varie entre 1.5 à 13.4 centipoises selon les glandes salivaires dont elles proviennent. Pour information, la centipoise est une unité de mesure de la viscosité et l'eau possède une viscosité de 1 centipoise. Il est donc normal que la formation des bulles dans notre bouche soit plus lente et que les bulles ainsi formées soient plus fines. Les résultats des expériences nous le prouvent (cf "Experiences").

 L'acidité (ou inversement, la basicité) d'un composé chimique est mesurée grâce au pH (potentiel Hydrogène), mesure comprise entre 1 et 14. Une solution est dite neutre lorsque son pH équivaut à 7; les valeurs supérieures à cette moyenne correspondent à des solutions basiques, et les valeurs qui lui sont inférieures à des solutions acides. Ainsi, plus la valeur du pH tend vers 0 plus l'acidité de la solution est forte; inversement, plus la valeur du pH tend vers 14 plus la basicité de la solution est forte.

     Concrètement, le potentiel Hydrogène mesure, comme son nom l'indique, la concentration en ions Hydrogène H⁺ dans une une solution. Par exemple, un pH de 5 correspondra à une concentration d'une molécule d'Hydrogène pour 10⁵ molécules d'eau.

      En milieu aqueux, les acides et les bases ont la particularité de réagir ensemble: on parle alors de réaction acido-basique. Ce type de réaction est caractérisé par le transfert d'un proton H⁺ (ou ion H⁺) d'un acide vers une base . En effet, l'acide perd un atome d'hydrogène qui s'ionise en solution aqueuse, pour être capté par la base, qui est dite "conjuguée" à l'acide. La relation entre l'acide et la base d'une réaction se note "Acide/Base".
(exemple: la base conjuguée de l'eau H₂O est l'ion hydroxyde (HO^-), le couple se note H₂O/HO^- : en effet, H₂O - H⁺ = HO^-).

L'eau est cependant un cas particulier, puisqu'elle peut jouer à la fois le rôle de base et d'acide (elle est donc dite ampholyte (nom) ou amphotère (adjectif)). Ainsi, si elle se comporte comme une base, son acide conjugué est l'oxonium H₃O⁺ (H₂O + H⁺).

      Dans notre cas, les acides utilisés sont l'acide malique, l'acide citrique et l'acide lactique. Ces espèces chimiques ( dont le carbonate acide de sodium fait également partie ) ont toutes la particularité de posséder au moins un groupe carboxyle.

     Le groupe carboxyle ( noté -COOH ) joue un rôle essentiel dans la réaction acido-basique. Il est en effet à l'origine du dégagement de CO₂ présent dans la réaction à l'origine de la formation de bulles dans notre bouche, donc du pétillement. En effet, lors de la perte d'un proton H⁺ d'un groupe carboxyle, il forme du CO₂^- (cf partie Experiences --> eau de chaux), comme le montre l'exemple suivant:

                                                  COOH= CO₂^- + H⁺

L'importance de l'effervescence dépendra donc en partie du nombre de groupes carboxyles contenus dans l'espèce chimique étudiée puisque chaque groupe est en mesure de s'ioniser .

Du dioxyde de carbone est également dégagé par la base, ici le carbonate acide de sodium (de formule ionique NaHCO₃^- ), grâce à l'absorption d'un ion H ⁺ qui va venir s'implanter auprès du groupe -HCO3^- comme le montre la demi équation suivante (c'est à dire l'équation qui ne fait intervenir que l'acide et sa base concernés par la réaction acido-basique; Na⁺ ne participant pas à la réaction, il n'est n'est pas inclus dans la demi équation : il est dit spectateur) :

HCO₃^- + H⁺ = H₂CO₃

H₂CO₃= H₂O + CO₂

Donc des molécules H₂CO₃ - issues de l'absorption d'un proton H⁺ par des molécules de carbonate acide de sodium (proton provenant d'un acide de la réaction qui s'est ionisé)- vont libérer du CO₂ , de l' H₂O, ainsi que des ions Na⁺ .

    La vitesse de la réaction est aussi influencée par la température de la solution. La vitesse des réactions chimiques se voit doublée, voire triplée pour une augmentation de la température de la solution de 10°C (cette affirmation est tirée des recherches d'Arrhénius, un scientifique de la fin XVIII^e qui a beaucoup travaillé sur les réactions acido-basique et l'influence de la chaleur dans celles-ci.). Cela est lié à la nature même de la température, qui est une mesure de l'énergie thermique des molécules, qui est elle-même déterminée par l'énergie cinétique développée par les molécules, à savoir la force avec laquelle elles s'agitent: plus les molécules sont agitées, plus la température est élevée. C'est par exemple cette vibration qui est responsable de la rupture des liaisons hydrogènes entre les molécules, et donc du changement d'état de la matière.

     Les liaisons entre les atomes étant fragilisées par cette agitation, le départ de l'ion H⁺ comme lors des réactions acido-basiques (comme dans notre cas...) est facilité.

    Cette observation a été vérifiée lors des tests dans 4 milieux (cf Partie Expériences) qui ont montré que les réactions en milieu froid (~15°) et chaud (~40°) se déroulaient à des vitesses différentes, plus importantes en milieu plus chaud.