Terminale générale Physique-chimie Sens d'évolution d'un système acide-base

Dans une solution aqueuse les proportions d'un acide et de sa base conjuguée varient en fonction du pH. On peut prévoir quelle espèce prédomine en connaissant la valeur de la constante d'acidité du couple.

I Diagrammes de prédominance et de distribution

Diagramme de prédominance : pour le couple HA/A⁻, on a

$K_{A} = \frac{{[A^{-}]}_{eq} \times {[H_{3} O^{+}]}_{eq}}{{[HA]}_{eq}}$ ou $pH = p K_{A} + log \frac{{[A^{-}]}_{eq}}{{[HA]}_{eq}}$ .

L'espèce A^– prédomine si :

[A⁻] > [HA] donc si $\frac{[A^{-}]}{[HA]} > 1$ soit pH > pK_A car $log (\frac{[A^{-}]}{[HA]}) > 0$ .

L'espèce HA prédomine si :

[HA] > [A⁻] donc si $\frac{[A^{-}]}{[HA]} < 1$ soit pH < pK_A car $log (\frac{[A^{-}]}{[HA]}) < 0$ .

Si [HA] = [A⁻] alors pH = pK_A car $log (\frac{[A^{-}]}{[HA]}) = 0$ .

Diagramme de distribution : le pourcentage d'acide HA en solution est $\frac{[HA]}{[HA] + [A^{-}]}$ et celui de la base A⁻ est $\frac{[A^{-}]}{[HA] + [A^{-}]}$ . Ils sont représentés en fonction du pH. Pour 50 % d'acide et de base conjuguée, on peut lire la valeur du pK_A du couple.

II Zone de virage d'un indicateur coloré

Un indicateur coloré est un couple HIn/In⁻ dont la forme acide HIn et la forme basique In⁻ ont des couleurs différentes.

On appelle zone de virage l'intervalle de pH pour lequel la couleur de l'indicateur coloré est la superposition des deux teintes.

Exemple : bleu de bromothymol (pK_A = 7,1) :

Un indicateur coloré permet de repérer l'équivalence d'un titrage acido-basique si le pH à l'équivalence est contenu dans la zone de virage.

Méthodes

1 Établir et exploiter un diagramme de prédominance

Le couple de l'aspirine (acide acétylsalicylique/ion acétylsalicylate) a un pK_A = 3,5. On note plus simplement le couple HA/A⁻.

a. Tracer le diagramme de prédominance du couple de l'aspirine.

b. Sachant que le pH de l'estomac est voisin de 1, sous quelle forme y trouve-t-on l'aspirine ?

Solution

a. D'après la relation $pH = p K_{A} + log \frac{{[A^{-}]}_{éq}}{{[HA]}_{éq}},$ si [HA] = [A⁻] alors pH = pK_A.

En revanche, si [HA] > [A⁻] alors pH < pK_A et HA prédomine. Inversement si [HA] < [A⁻] alors pH > pK_A et c'est la base conjuguée qui prédomine.

b. À pH = 1, on est dans le domaine de prédominance de la forme acide HA. Dans l'estomac on trouve donc l'aspirine sous sa forme acide HA.

2 Déterminer la zone de virage d'un indicateur coloré

Le vert de bromocrésol est un indicateur coloré acido-basique. C'est un couple acide-base dont la forme acide est jaune tandis que la forme basique est bleue. On considère que le vert de bromocrésol prend sa teinte acide lorsque [HIn]/[In⁻] > 10 et qu'il prend sa teinte basique lorsque [In⁻]/[HIn] > 10.

Déterminer la zone de virage du vert de bromocrésol.

Conseils

Déterminez le pK_A et les valeurs de pH quand $\frac{{[{In}^{-}]}_{éq}}{{[HIn]}_{éq}} > 10$ et quand $\frac{{[{In}^{-}]}_{éq}}{{[HIn]}_{éq}} < 10$ .

Solution

Pour 50 % d'acide et de base on lit pH = pK_A = 4,8.

Si $\frac{{[{In}^{-}]}_{éq}}{{[HIn]}_{éq}} = 10$ alors $pH = p K_{A} + log 10 = p K_{A} + 1$ et si $\frac{{[{In}^{-}]}_{éq}}{{[HIn]}_{éq}} = \frac{1}{10}$ alors pH = pK_A − 1. La zone de virage est donc comprise entre 3,8 et 5,8.

Diagrammes de prédominance et de distribution

I Diagrammes de prédominance et de distribution

II Zone de virage d'un indicateur coloré

Méthodes

1 Établir et exploiter un diagramme de prédominance

Solution

2 Déterminer la zone de virage d'un indicateur coloré

Conseils

Solution

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