Physique - Force des acides et des bases

Légende alternative :

autoprotolyse de l'eau : 2 H₂0 (1)HO (aq) + H30+ (aq) A RETENIR: La constante d'équilibre associée à cette équation est appelée produit ionique de l'eau Ke, qui ne dépend que de la température : [H3O+]q[HO]éq K₂ où c = 1 mol L-1. cº On définit aussi le : pK₂= -log K₂ et K₂ = 10-pke à 25 °C pk = 14 K₂=1,0 × 10-14 cº A RETENIR: On a la relation pour un acide fort et une base fort : pH = -log 8 [H₂O) [H3O+] en mol-L-1 cº en mol-L-1 Pour un acide fort, on a [H3O+]f = C, donc : pH = -log C. avec C la concentration en soluté apporté. pH sans unité Pour une base, on a d'après la relation de Ke et [HO]f = C, donc : pH = -log. Ke x c0 [H3O+] pH = pKe + log C со A RETENIR: CO = -log(Ke)-log [HO-] KA= Solutions courantes d'acides et de bases: • acides forts: acide chlorhydrique (H3O+ (aq), CI (aq)), acide nitrique (H3O+ (aq), NO3(aq)) • acides faibles: acide éthanoïque CH3COOH (aq) et tous les acides carboxylique • bases fortes: hydroxyde de sodium (Na+ (aq), HO (aq)) • bases faibles: ammoniac NH3(aq) et toutes les amines H DÉFINITION: La constante d'acidité Ka d'un couple acide base AH/A- est la constante d'équilibre associée à l'équation : AH(aq) + H₂0 (1) A (aq) + H30+ (aq) [A-]eq [H3O+]eq X Cº cº [AH]éq cº loga *b=loga + log b où c = 1 mol L-1. On définit aussi : PKA = -log KA soit KA = 10-PKA A RETENIR: Plus la valeur de Ka est élevée, plus l'acide est fort et plus sa base conjuguée est faible. Plus la valeur du pKa est élevée, plus l'acide est faible et plus sa base conjuguée est forte. L'acide éthanoïque CH3COOH est plus fort que l'ion ammonium NH4+ tandis que l'ammoniac NH3 est une base plus forte que l'ion éthanoate CH3COO- Acides Force croissante de la base PKA Hy0-14,0-HO- CHÍNH ; – 10,7–CH,NH NHĨ- 9,2 -NH HCEO-7,5-CEO- Force croissante de l'acide H Bases CH CO,H– 4,8 –CH,CO HCO,H-3,8-HC0₂ +NH,CH,C0;H– 24 –+NH, CH,CO; H₂0+- 0,0-H₂0 H A RETENIR: Une espèce A est prédominante par rapport à une espèce B si [A]> [B] ainsi pour tout couple acide bac AH/A-on à la relation : DÉMONSTRATION : Pour tout couple acide base AH/A-, on peut écrire : ( [A¯ ]ég × [H3O+ ]éq) [AHJéq PKA = -log KA = -log pH=pKA + log A RETENIR: Si on a pH>pKa alors log prédomine. Si on a pH <pka alors log prédomine. Si on a pH=pKa alors log [A-]eq=[AH]eq: aucune espèce ne prédomine 80 70 pH=pK₁+ log 100- 90 60 50 40 30 ↑ (%) [A-]éq [AH] 20 10- 0 [A- Jeq [AHJéq [A- Jéq [AH]éq [A-lea [AH]ea [A-Jeq [AH] Pourcentage de l'espèce acide AH l'autre. = 0 donc Pourcentage de l'espèce basique A > 0 donc <0 donc = -log H A RETENIR: Le diagramme de distribution d'un couple acide base AH/A- représente les pourcentages de l'acide et de la base de ce couple, dans une solution, en fonction du pH de cette dernière : [A]a [AH]eq [A-Jea [АН]éq, = 1 sachant -[AH]éq=[A-]éq -log[H3O+ Jeg +pH [Aleq> 1 d'où [A-]eq> [AH]eq : la base A- [AH]q [Ale<1 d'où[A-]eq <[AH]eq : l'acide AH [AH]ea que log(1) = 0 d'où PH PKA pH <PKA alors [AH]éq> [A-]ég pH> PKA alors [AH] < [A-]éq AH prédomine A-prédomine A RETENIR: Le diagramme de prédominance d'un couple acide base AH/A- représente les domaines de prédominance de l'acide et de la base en fonction du pH de la solution: [AH]éq> [A-]éq [AH] éq<[A-]éq A prédomine AH prédomine [AH]éq=[A-]éq РКА 0 DÉFINITION: Un indicateur coloré acido-basique est une couple acide base InH/In- dont l'acide et la base n'ont pas la même teinte : La solution a la teinte de La solution a la teinte l'espèce acide du couple sensible du couple IndH/Ind™ IndH/Ind La solution a la teinte de l'espèce basique du couple IndH/Ind IndH prédomine РКА Aucune forme ne prédomine Ind™ prédomine On appelle zone de virage d'un indicateur coloré, le domaine de pH pour lequel la solution prend la teinte sensible de l'indicateur coloré. pH 14 Dans un titrage, on peut utiliser un indicateur coloré pour repérer l'équivalence. Il faut choisir un indicateur coloré dont la zone de virage contient le pH à l'équivalence pHe du titrage. HR O II || H-N-CH-C-O-H 14 pH H-N-CH-C I H La formule générale de l'amphion correspondant est : H3N+-CRH-COO- +PH 7,6 pH 6,0 Zone de virage +++++ +Teinte basique E Teinte sensible Teinte acide DÉFINITION: Un acide a-aminé est une molécule organique comportant à la fois un groupe carboxyle COOH et un groupe amine NH₂ liés au même atome de carbone. La formule générale d'un acide a-aminé est : VE Vtitrant(mL) En solution aqueuse, un acide a-aminé existe sous la forme d'un amphion qui est une espèce qui se forme par transfert interne d'un ion hydrogène H+ du groupe carboxyle vers le groupe amine: H R O || A RETENIR: C'est une espèce amphotère, il se comporte comme : - l'acide du couple amphion / anion, capable de céder un ion hydrogène H+: H₂N-CHR-CO₂ (aq) → H₂N-CHR-CO₂ (aq) + H+ - la base du couple cation / amphion, capable de capter un ion hydrogène H+: H₂N-CHR-CO₂H (aq) → H3N¹-CHR-CO₂ (aq) + H+ A RETENIR: Un acide acide a-aminé possède deux pka, ainsi : cation prédomine amphion domine NH3 NH3 R-CH-COOH РКА1 R-CH COO PKA2 anion prédomine NH₂ R-CH-COO pH A NOTER: Une solution tampon est une solution dont le pH varie peu par dilution modérée ou par ajout de petites quantités de solutions acides ou basiques.