Le domaine de prédominance

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Classe(s) : 1re STL | Thème(s) : Les acides et les bases en solution

A Le produit ionique de l’eau

Comme la molécule d’eau fait partie de deux couples acide/base : H3O+/H2O et H2O/OH, elle peut réagir sur elle-même selon la réaction : H2O + H2O H3O+ + OH.

Cette réaction est un équilibre appelé équilibre d’autoprotolyse de l’eau. Un équilibre est une réaction non totale qui semble ne plus avancer. On associe à cet équilibre une constante d’équilibre, appelé produit ionique de l’eau.

À 25 °C, le produit ionique de l’eau est : Ke = [H3O+] × [HO] = 1,0 × 10–14.

Le produit ionique est une constante. Ainsi, comme le produit entre les concentrations des ions oxonium et hydroxyde doit être constant, lorsqu’une concentration augmente l’autre diminue : plus le pH devient acide, plus la concentration en ions oxonium augmente et plus celle des ions hydroxyde faiblit.

B La constante d’acidité Ka

On appelle constante d’acidité dans l’eau du couple HA/A, notée Ka, la grandeur sans dimension associée à l’équation AH + H2O A + H3O+.

Remarque

Les concentrations sont celles des espèces après réaction. C’est pour cela que l’on place un « f » en indice.

Le pKa d’un couple acide-base est défini par : Ka=[A]f× [H3O+]f[AH]f.

Le pKa d’un couple HA/A est lié au pH de la solution par la relation : pH = pKa + log [A][AH].

Tableau de 6 lignes, 6 colonnes ;Corps du tableau de 6 lignes ;Ligne 1 : pKa; Ka; Couples acide/base; Nom de la forme acide; Nom de la forme basique; Demi-équation protonique; Ligne 2 : – 7; 107; HCl/Cl–; Chlorure d’hydrogène; Ion chlorure; HCl =  Cl– + H+; Ligne 3 : 0; 1; H3O+/H2O; Ion oxonium; Eau; H3O+ = H2O + H+; Ligne 4 : 4,8; 10–4,8; CH3COOH/ CH3COO–; Acide éthanoïque; Ion éthanoate; CH3COOH = CH3COO–+ H+; Ligne 5 : 9,2; 10–9,2; NH4+/NH3; Ion ammonium; Ammoniaque; NH4+ = NH3+ H+; Ligne 6 : 14; 10–14; H2O/OH –; Eau; Ion hydroxyde; H2O = OH– + H+;

Les acides forts font partie de couples pour lesquels le pKa est négatif, les bases fortes font partie de couples pour lesquels le pKa est supérieur à 14. Quant aux acides et bases faibles, le pKa du couple associé est compris entre 0 et 14.

C Le diagramme de prédominance

Le diagramme de prédominance d’un couple acide-base AH/A est un axe de pH, sur lequel figure le pKa du couple. Il permet de prévoir quelle est l’espèce chimique d’un couple qui prédomine dans une solution dont on connaît le pH.

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Ainsi pour le couple CH3COOH/CH3COO, dont le pKa vaut 4,8, le diagramme de prédominance est :

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Dans une solution contenant les espèces CH3COOH et CH3COO, si le pH = 2,5, l’espèce CH3COOH prédomine ; pour pH = 4,8 = pKa, il y a autant de CH3COOH et de CH3COO ; si le pH = 6,0, l’espèce CH3COO prédomine bien que le milieu soit acide.

D Le cas des acides α-aminés

Un acide α-aminé comporte deux fonctions chimiques ayant des propriétés acidobasiques : une fonction amine primaire —NH2 et un groupe acide carboxylique —COOH.

Les fonctions COOH et NH2 peuvent s’ioniser de la façon suivante : —COOH = —COO + H+ et —NH2 + H+ = —NH3+.

Il y a donc deux constantes d’équilibre Ka et deux pKa.

Le pKa1, le plus faible correspond à —COOH/—COO et le plus fort pKa2 est associé à —NH3+/—NH2

En solution, un acide α-aminé peut exister sous plusieurs ionisations en fonction du pH de la solution.

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Un acide α-aminé ne peut exister en solution que sous une de ces trois formes ci-dessus. Aussi, la forme NH2—CRH—COOH avec le radical R est la forme dite solide.

Dans le cas de la glycine, les valeurs des pKA sont pKA1 = 2,3 et pKA2 = 9,9.

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E Les solutions tampon

Une solution tampon est un mélange en même proportion d’un acide et d’une base conjuguée : le pH de la solution est donc égal au pKa du couple.

Une solution tampon a des propriétés importantes : son pH varie peu lors d’un ajour modéré d’un acide ou d’une base ou lors d’une dilution.

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