Force des acides et des bases

Physique-Chimie – Constitution et transformations de la matière

En résumé

La force d’un acide ou d’une base traduit son aptitude à réagir avec l’eau. Un acide fort réagit totalement avec l’eau, alors qu’un acide faible réagit partiellement. La constante d’acidité Ka, ou son logarithme pKa, permet de comparer la force des couples acide-base.

Ce qu’il faut savoir faire

• Écrire la réaction d’un acide ou d’une base avec l’eau.
• Utiliser le produit ionique de l’eau Ke.
• Relier pH et concentration en ions oxonium.
• Distinguer acide fort, acide faible, base forte et base faible.
• Écrire et exploiter l’expression de Ka et pKa.
• Comparer la force des acides et des bases d’après pKa.
• Exploiter un diagramme de distribution ou de prédominance.
• Choisir un indicateur coloré adapté à un titrage.

1. La réaction d’un acide ou d’une base avec l’eau

a. Produit ionique de l’eau

L’eau pure conduit très faiblement le courant : elle contient une très faible quantité d’ions oxonium H₃O⁺ et hydroxyde HO⁻. Cette présence s’explique par l’autoprotolyse de l’eau :

Le produit ionique de l’eau est :

À 25 °C :

Dans l’eau pure à 25 °C, [H₃O⁺] = [HO⁻] = 1,0×10⁻⁷ mol·L⁻¹, donc le pH vaut 7.

b. Acide faible et base faible

Un acide AH réagit avec l’eau selon :

Une base A⁻ réagit avec l’eau selon :

2. Forces comparées des acides et des bases

La force d’un acide ou d’une base se mesure par le caractère total ou limité de sa réaction avec l’eau.

3. La constante d’acidité Ka et le pKa

Pour un couple acide-base AH/A⁻, la constante d’acidité est associée à la réaction de l’acide avec l’eau :

La constante d’acidité s’écrit :

On définit aussi :

Comparer deux acides

Pour comparer deux acides faibles, on compare les constantes Ka ou les pKa :

• plus Ka est grand, plus l’acide est fort ;
• plus pKa est petit, plus l’acide est fort ;
• dans un couple AH/A⁻, si AH est fort, A⁻ est très faible.

Expression utile

À partir de l’expression de Ka :

Cette relation permet de relier le pH à la proportion des formes acide et basique.

4. Espèce prédominante d’un couple acide-base

La comparaison entre pH et pKa permet de déterminer quelle espèce du couple est prédominante.

5. Indicateurs colorés, titrage et solution tampon

a. Indicateur coloré acido-basique

Un indicateur coloré est un couple acide-base dont la forme acide et la forme basique ont des couleurs différentes. Il change de couleur dans une zone de pH appelée zone de virage.

Pour un titrage acido-basique, on choisit un indicateur dont la zone de virage contient le pH à l’équivalence.

b. Solution tampon

Une solution tampon est une solution dont le pH varie peu lors d’un ajout modéré d’acide ou de base, ou lors d’une dilution limitée. Elle contient souvent un couple acide-base en proportions comparables.

c. Acides α-aminés

Les acides α-aminés possèdent à la fois un groupe carboxyle —COOH et un groupe amine —NH₂. Ils peuvent donc se comporter comme des acides ou comme des bases : on dit qu’ils sont amphotères.

Mots-clés à connaître

acidebasecouple acide-baseacide faiblebase faibleacide fortbase forteeauion oxoniumion hydroxydeproduit ionique de l’eaupHpKaKaconstante d’aciditédiagramme de distributiondiagramme de prédominanceindicateur colorézone de viragesolution tampontitrage acido-basiqueéquivalenceacide aminéamphotère

Carte mentale de synthèse

Méthode express

Phrase modèle :
Le couple AH/A⁻ est caractérisé par sa constante d’acidité Ka et par pKa = −log(Ka). Lorsque pH < pKa, la forme acide AH prédomine ; lorsque pH > pKa, la forme basique A⁻ prédomine.

Erreurs fréquentes

QCM interactif

Clique sur une réponse : la case devient verte si c’est juste, rouge si c’est faux.

La force d’un acide ou d’une base se lit dans sa réaction avec l’eau et dans la valeur de Ka ou pKa : plus pKa est petit, plus l’acide du couple est fort.