Transformations associées à des réactions acido-basiques en solution aqueuse
1. Réactions acido-basiques en solution aqueuse
1.1 Réaction d'autoprotolyse de l'eau
2H_2O_\text{(l)} \rightleftharpoons HO^- _\text{(aq)} + H_3O^+ _\text{(aq)}
Cette réaction n'a pas lieu uniquement dans l'eau pure mais dans toutes solutions aqueuses.
1.2 Produit ionique de l'eau
La constante d'équilibre de la réaction d'autoprotolyse de l'eau est appelée produit ionique de l'eau et noté K_e.
K_e = Q_{r,éq} = [H_3O^+][HO^-]
- K_e ne dépend que de la température
- Cette relation est valable dans toute solution aqueuse
- On peut définir également : pK_e = -\log K_e soit K_e = 10^{-pK_e}
À 25°C :
- [HO^-] = [H_3O^+] = 10^{-7} mol·L⁻¹
- K_e = [H_3O^+]_{éq}[HO^-]_{éq} = 10^{-14}
- pK_e = 14,0
Remarque : \log K_e = -\frac{3108}{T} - 3,58 avec T la température absolue.
1.3 Solutions neutre, acide et basique
Solution neutre
- [H_3O^+] = [HO^-]
- pH = \frac{1}{2}pK_e
- À 25°C : [H_3O^+] = [HO^-] = 10^{-7} mol·L⁻¹ donc pH = 7
Solution acide
- [H_3O^+] > [HO^-]
- pH < \frac{1}{2}pK_e
- À 25°C : [H_3O^+] > 10^{-7} mol·L⁻¹ donc pH < 7
Solution basique
- [H_3O^+] < [HO^-]
- pH > \frac{1}{2}pK_e
- À 25°C : [H_3O^+] < 10^{-7} mol·L⁻¹ donc pH > 7
2. Constante d'acidité
2.1 Constante d'acidité d'un couple acide/base AH/A⁻
C'est la constante d'équilibre de la réaction d'un acide AH avec l'eau :
AH _\text{(aq)} + H_2O _\text{(l)} \rightleftharpoons A^- _\text{(aq)} + H_3O^+ _\text{(aq)}
À l'équilibre :
K_A = Q_{r,éq} = \frac{[A^-][H_3O^+]}{[AH]}
- K_A ne dépend que de la température
- pK_A = -\log K_A soit K_A = 10^{-pK_A}
Relation entre pH et pK_A :
pH = pK_A + \log\frac{[A^-]}{[AH]}
2.2 Constante d'équilibre K d'une réaction acido-basique
Pour la réaction entre l'acide A₁ du couple A₁/B₁ et la base B₂ du couple A₂/B₂ :
A_1 \text{(aq)} + B_2 \text{(aq)} \rightleftharpoons B_1 \text{(aq)} + A_2 \text{(aq)}
La constante d'équilibre :
K = Q_{r,éq} = \frac{[B_1][A_2][H_3O^+]}{[A_1][B_2][H_3O^+]} = \frac{[B_1][A_2]}{[A_1][B_2]} = \frac{K_{A1}}{K_{A2}} = 10^{pK_{A2} - pK_{A1}}
3. Force d'un acide ou d'une base
3.1 Comparaison des comportements des acides
À température et à concentration égales, un acide est d'autant plus fort que :
- Le pH de sa solution aqueuse est faible
- Le taux d'avancement final τ de sa réaction avec l'eau est grand
À température donnée :
- Un acide est d'autant plus fort que K_A est plus grande
- Soit pK_A est plus faible
3.2 Comparaison des comportements des bases
À température et à concentration égales, une base est d'autant plus forte que :
- Le pH de sa solution aqueuse est grand
- Le taux d'avancement final τ de sa réaction avec l'eau est grand
À température donnée :
- Une base est d'autant plus forte que K_A est plus petite
- Soit pK_A est plus grande
← Force croissante de l'acide
───────────────────────────────────→ pKa
→ Force croissante de la base
