L’acide sulfurique H₂SO₄ est une substance très acide qui contient deux protons H⁺. On pourrait penser que comme l’acide sulfurique est très acide, la molécule libère ses deux protons, mais en réalité c’est un peu plus compliqué : alors que le premier proton est aisément libéré par H₂SO₄ (pour former HSO₄-), le second proton est libéré nettement plus difficilement (pour former SO₄2-).

Quantitativement, lorsqu’on considère 100 molécules de H₂SO₄ que l’on introduit dans de l’eau, 99 molécules de H₂SO₄ se transforment en 99 ions HSO₄- et en 99 ions H⁺, et seulement 1 molécule de H₂SO₄ se transforme en 1 ion SO₄2- et en 2 ions H⁺. Au final, les 100 molécules de H₂SO₄ auront libéré 101 ions H⁺ et non pas 200 ions H⁺ comme on aurait pu le penser.

Cette situation (l’acide sulfurique introduit dans l’eau) conduit à ce que l’on appelle un équilibre : la molécule de départ se dissocie jusqu’à ce qu’il y ait dans l’eau autant d’ions HSO₄-, SO₄2- et H⁺ que la nature en a décidé ; les proportions de chaque espèce sont dictées par une « constante de dissociation » qui est propre à chaque substance.

Pour produire 4 × 10¹² ions H⁺ (c'est-à-dire quatre mille milliards d’ions H⁺), et en suivant le raisonnement ci-dessus, il faut donc introduire 4.04 × 10¹² molécules de H₂SO₄ dans de l’eau.

Mais attention, car le diable se cache dans les détails ! Ce que CoraLine demande, ce n’est pas « Combien de molécules d’acide sulfurique faut-il pour produire 4 × 10¹² ions H⁺ ? », mais bien « Combien de molécules d’acide sulfurique faut-il CONSOMMER pour produire 4 × 10¹² ions H⁺ ? ».

La situation est différente lorsqu'on introduit de l’acide sulfurique dans l’eau (qui se dissocie jusqu’à atteindre un équilibre selon le schéma ci-dessus), et lorsqu'on consomme de l’acide sulfurique, c'est-à-dire lorsqu'on le fait réagir.

Lorsqu'on fait réagir l’acide, par exemple en ajoutant une base, on consomme le stock initial jusqu'à ce qu’il n’y en ait plus. En effet, au fur et à mesure que des molécules de H₂SO₄ se dissocient et que leurs ions HSO₄-, SO₄2- et H⁺ sont produits, les ions H⁺ sont « éliminés » du système par la base qu’on ajoute. L’équilibre naturel qui s’était établi entre ions H₂SO₄, SO₄2- et H⁺ dans l’eau est alors perturbé, et pour le rétablir, du H₂SO₄ se dissocie à nouveau en HSO₄-, SO₄2- et H jusqu’à ce qu’un nouvel équilibre soit établi. Au final, TOUT le H₂SO₄ se sera dissocié en HSO₄-, SO₄2- et H⁺, et TOUT le HSO₄- se sera dissocié en SO₄2- et H⁺, et TOUT le et H⁺ aura été consommé par la base ajoutée. La perturbation induite par la base ajoutée aura entièrement déplacé l’équilibre naturel dont il était question plus haut.

Pour revenir à la question de CoraLine, pour produire 4 × 10¹² ions H⁺, qui disparaîtront toutefois au fur et à mesure que la base est ajoutée, il faut donc introduire 2 × 10¹² molécules de H₂SO₄ dans de l’eau (puisqu’au final, chaque molécule d’acide sulfurique produira 2 ions H⁺) et ajouter la base pour neutraliser la solution. Notons que ce nombre apparemment élevé de molécules de H₂SO₄ ne correspond qu’à environ 0.33 nanogrammes (millionièmes de gramme) de H₂SO₄.

En conclusion, lorsqu’on fait réagir de l’acide sulfurique avec une base, on le fait disparaître EN TOTALITÉ de la solution ; mais tous les ions H⁺ qui auront été produits disparaîtront puisqu’ils réagiront avec la base. Par opposition, lorsqu’on introduit simplement de l’acide sulfurique dans de l’eau et qu’on le laisse s’équilibrer naturellement, il produit environ deux fois moins de ions H⁺ en raison de l’équilibre naturel qui s’établit.

Un petit complément d’information sur l’acide sulfurique a déjà été dispensé dans cette rubrique.