Définition
Acide
Un acide est une espèce chimique capable de céder un ou plusieurs protons H⁺.
Base
Une base est une espèce chimique capable de capter un ou plusieurs protons H⁺.
Produit ionique de l'eau
Le produit ionique de l'eau, noté K_w, est le produit des concentrations des ions H₃O⁺ et OH⁻ dans l'eau pure et vaut 1,0 × 10⁻¹⁴ à 25°C.
Produit ionique et solutions aqueuses
L'eau pure se dissocie très faiblement selon l'équilibre : 2 H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻. Cette réaction est appelée autoprotolyse de l'eau. Le produit des concentrations des ions hydronium (H₃O⁺) et hydroxyde (OH⁻) dans l'eau est constant à une température donnée et est appelé produit ionique de l'eau, K_w. À 25°C, K_w est égal à 1,0 × 10⁻¹⁴ mol²/L².
Les solutions aqueuses peuvent être acides, basiques ou neutres. Si [H₃O⁺] > [OH⁻], la solution est acide. Si [H₃O⁺] < [OH⁻], la solution est basique. Si [H₃O⁺] = [OH⁻], la solution est neutre.
Réactions acide-base et leurs forces
Un acide réagit avec l'eau en cédant un proton pour former des ions H₃O⁺. Une base, au contraire, capte un proton de l'eau pour former des ions OH⁻. Les acides et bases peuvent être forts ou faibles. Un acide fort est entièrement dissocié dans l'eau, tandis qu'un acide faible ne l'est que partiellement. De même, une base forte capte tout le proton disponible, tandis qu'une base faible ne le fait que partiellement.
La constante d'acidité, K_a, est utilisée pour quantifier la force d'un acide. Plus la valeur de K_a est élevée, plus l'acide est fort. Inversement, pour les bases, on utilise la constante de basicité, K_b.
Espèces prédominantes et diagrammes
Dans une solution, les espèces prédominantes dépendent du pH. Le diagramme de prédominance montre, en fonction du pH, quelle espèce est majoritaire dans un couple acide-base. Le diagramme de distribution, quant à lui, indique les fractions molaires de chaque espèce en fonction du pH.
Les indicateurs colorés sont des substances qui changent de couleur selon le pH de la solution. Ils sont utilisés pour déterminer le point d'équivalence lors d'un titrage acido-basique.
Les solutions tampons sont des systèmes qui résistent aux variations de pH. Elles sont constituées d'un acide faible et de sa base conjuguée en proportions similaires. Elles maintiennent un pH relativement constant lorsqu'on leur ajoute un acide ou une base fort.
Les acides aminés, éléments constitutifs des protéines, possèdent à la fois une fonction acide (COOH) et une fonction basique (NH₂). Leurs propriétés acide-base sont cruciales pour la structure et la fonction des protéines.
A retenir :
Dans l'étude des acides et des bases, il est essentiel de comprendre les concepts de forces acides et basiques, les réactions en solution, et le rôle des couples acide-base. Le produit ionique de l'eau détermine le caractère acide ou basique d'une solution. La constante d'acidité est une mesure de la force des acides. Les diagrammes de prédominance et les solutions tampons jouent un rôle crucial dans le maintien du pH dans divers systèmes chimiques et biologiques.
