Les Solutions Aqueuses Acides et Bases en solution dans l'eau

 

 

Classement des acides (ou bases) forts ou faibles dans l’eau

1 – Réaction d’un acide A dans l’eau pure.

Dans l'eau pure, les 2 espèces conjuguées de H₂O, H₃O⁺ et OH^-, sont elles-mêmes respectivement un acide et une base. Ces deux ions sont donc associés à deux couples acide - base et donc à deux constantes d’acidité.
La réaction d’acidité d’un acide A appartenant au couple A / B est

A + H₂O Û B + H₃O⁺

La réaction d’acidité de l’acide H₃O⁺ appartenant au couple H₃O⁺ /H₂O sera donc :

H₃O⁺ + H₂O Û H₂O + H₃O⁺

Cette réaction d’acidité a une constante d’acidité égale à 1 car le quotient réactionnel Q associé à cette réaction vaut 1 puisque les composés formés sont identiques aux réactifs consommés.
On a donc pour l’acide H₃O⁺ Q = K_a = 1 ou encore pK_a = 0

2 - Acides forts et acides faibles.

Considérons un acide A correspondant à un couple Acide-base de pK_a < 0 (K_a > 1).
D’après les lois de la thermodynamique, cela signifie que la réaction A + H₂O Û B + H₃O⁺ se déplace spontanément vers la droite dans les conditions standards (D_rG⁰ < 0).
Pour les concentrations en acide habituellement rencontrées c’est à dire pour des concentrations nettement inférieures à 1 mol.L^-1, on peut montrer alors que la réaction est quasi totale.
Un acide A appartenant à un couple acide-base de pKa négatif sera donc totalement transformé en ions H₃O⁺ : on dit qu’il s’agit alors d’un acide fort.
Un acide A appartenant à un couple acide-base de pKa positif ne sera que partiellement transformé en ions H₃O⁺ : on dit qu’il s’agit alors d’un acide faible.

Conséquences (pour les concentrations habituelles : << 1 mol.L^-1) :

• un acide fort A est totalement dissocié. Cela veut dire que toutes les molécules de A introduites dans l’eau sont totalement transformées en ions H₃O⁺ et en sa base conjuguée B . La réaction A + H₂O ® B + H₃O⁺ est totale.
• la base conjuguée B d'un acide fort A est inerte (elle ne peut pas capter de proton) ; on peut alors parler de base " nulle " puisque n’ayant aucune propriété basique
• un acide faible A est partiellement dissocié. Cela veut dire que parmi les molécules de A introduites dans l’eau toutes ne sont pas transformées en ions H₃O⁺ et en sa base conjuguée B . La réaction A + H₂O Û B + H₃O⁺ est partielle.
• la base conjuguée B d'un acide faible A est une base faible ; cela signifie qu’elle ne réagit pas totalement avec les ions H₃O⁺ présents dans l’eau.
• aucun acide plus fort que H₃O⁺ n'existe en solution et donc tous les acides forts ont le même comportement acido-basique en solution (on emploie habituellement l’expression de "nivellement par le solvant" pour rendre compte de ce comportement)

3 – Réaction d’une base dans l’eau.

La réaction de basicité d’une base B appartenant au couple A / B est

B + H₂O Û A + OH^-.

La réaction de basicité de la base OH^- appartenant au couple H₂O / OH^- sera donc :

OH^- + H₂O Û H₂O + OH^-

Cette réaction de basicité a une constante de basicité K_b égale à 1 car le quotient réactionnel Q associé à cette réaction vaut 1 puisque les composés formés sont identiques aux réactifs consommés.
On a donc pour la base OH^- Q = K_b = 1 soit puisque K_a.K_b = K_e = 10^-14

Soit Ka = 10^-14 ou encore pK_a = 14

4 - Bases fortes et faibles.

Pour les concentrations en acide habituellement rencontrées c’est à dire pour des concentrations nettement inférieures à 1 mol.L^-1, on peut montrer alors que la réaction est quasi totale.

Une base B appartenant à un couple acide-base de pKa supérieur à 14 sera donc totalement transformée en ions OH^- : on dit qu’il s’agit alors d’une base forte.

Une base B appartenant à un couple acide-base de pKa positif ne sera que partiellement transformé en ions OH^- : on dit qu’il s’agit alors d’une base faible.

Conséquences (pour les concentrations habituelles : << 1 mol.L^-1) :

• une base forte B est totalement dissociée. Cela veut dire que toutes les molécules de B introduites dans l’eau sont totalement transformées en ions OH^- et en son acide conjugué A . La réaction B + H₂O ® A + OH^- est totale
• l'acide conjugué d'une base forte est inerte (il ne peut pas céder de proton) on peut alors parler d’acide " nul " puisque n’ayant aucune propriété acide
• une base faible est partiellement dissociée. Cela veut dire que parmi les molécules de A introduites dans l’eau toutes ne sont pas transformées en ions OH^- et en son acide conjugué A . La réaction B + H₂O Û A + OH^- est partielle
• l'acide conjugué d'une base faible est un acide faible.
• aucune base plus forte que OH^- n'existe en solution et donc toutes les bases fortes ont le même comportement en solution("nivellement par le solvant").

5 - Schéma récapitulatif :

Pour un couple acide base conjugué A / B, suivant la valeur du pKa, les forces respectives de A et de B seront comme indiqué sur ce schéma :

Les Solutions Aqueuses Acides et Bases en solution dans l'eau