Comparer la force des acides et des bases - L'essentiel

Catégoriser les acides et les bases

Les acides et les bases sont classés en deux grandes catégories selon leur comportement en solution aqueuse :

• les acides forts et les bases fortes réagissent de manière totale avec l'eau : le taux d'avancement final de la transformation est de 100 % ;
• les acides faibles et les bases faibles réagissent de manière non totales avec l'eau : le taux d'avancement final de la transformation est inférieur à 100 %.

Caractériser un couple acide/base

On définit, pour un couple acide / base, la constante d'acidité, notée `K_A`. Sa valeur ne dépend que de la température et est égale au quotient de réaction à l'équilibre de la transformation : \(\mathrm{AH(aq)+H_2O(\ell)\rightleftarrows A^-(aq)+H_3O^+(aq)}\).

À une température donnée, on a \(K_\text{A}=\frac{\mathrm{[A^-]_{éq}\times \mathrm{[H_3O^+]_{éq}}}}{[\mathrm{AH]_{éq}}\times{\text{c°}}}\).

On définit le potentiel de la constante d'acidité par \(\mathrm{pK_A=-log(}K_\mathrm{A})\).

Les acides faibles et bases faibles dans l'eau ont leur `"pK"_A` compris entre 0 et 14. Plus ce `"pK"_A` est petit, plus la force de l'acide du couple est grande (et plus celle de la base est petite).

Cas de l'eau

L'autoprotolyse de l'eau est une transformation qui a toujours lieu dans l'eau : \(\mathrm{2H_2O(\ell)\rightleftarrows OH^-(aq)+H_3O^+(aq)}\).

La constante d'équilibre associée s'appelle le produit ionique de l'eau. Sa valeur est à 25 °C : \(K_e=10^{-14}\) et on définit de même le potentiel du produit ionique de l'eau `"pK"_"e"=-"log"(K_"e")`.

Taux d'avancement et pH

Le taux d'avancement final d'une transformation entre un acide et l'eau dépend de la concentration en soluté apporté et de la constante d'acidité du couple associé. Il peut se calculer à l'aide d'une équation du second degré qu'il faut savoir établir : \(\frac{C_\text{i}}{K_\text{A}\times{\text{c°}}}\times \tau_\mathrm{f}^2+\tau_\mathrm{f}-1=0\).

Ce taux d'avancement peut également être déterminé expérimentalement par une simple mesure du pH de la solution. On a alors : \(\mathrm{\tau_\mathrm{f}=\frac{\text{c°}}{{C_\mathrm{i}}}\times10^{-pH}}\).

Solutions tampon

Les solutions tampon sont des solutions dont le pH varie très peu lors de dilution ou d'ajouts modérés d'espèces acide-base. Elles sont constituées d'un mélange entre un acide faible et sa base faible conjuguée, dans des proportions proches. Dans le cas d'un mélange équimolaire, l'efficacité de ce tampon est optimale et le pH est égal au `"pK"_A` du couple.