• Les concentrations sont toutes exprimées en (mol⋅L^-1).
• Les constantes $K_{\text{A}}$ et $K_{\text{e}}$ n'ont pas d'unité.

• Lorsqu'une réaction est limitée, on dit qu'elle atteint un état d'équilibre. Attention, cet état d'équilibre est dynamique, c'est-à-dire que la réaction directe et la réaction inverse se produisent simultanément, à la même vitesse.
• Raisonner sur la constante d'acidité ou sur le $\text{p}{K}_{\text{A}}$ amène à la même conclusion. L'une se base sur des puissances de $10$ négatives tandis que l'autre est comprise entre $0$ et $14$ dans l'eau.
• La dangerosité d'un acide n'est pas liée à sa force, mais à sa concentration en solution.

Le $\text{p}{K}_{\text{A}}$ d'un couple acide-base est défini par :


En effet, plus ${\text{[AH]}}_{\text{eq}}$ est grand par rapport à $[{\text{A}}^{-}{]}_{\text{eq}}$, plus la constante $K_{\text{A}}$ est petite. Ainsi, plus le $\text{p}{K}_{\text{A}}$ d'un acide est grand, plus cet acide est faible.

L'eau ${\text{H}}_2\text{O(l)}$ appartient à deux couples acide-base :

• ${\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}(\mathrm{a}\mathrm{q})/{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l}),K_{\mathrm{A}}=1,0$ donc $\mathrm{p}{K}_{\mathrm{A}}=0$ ;
• ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})/{\mathrm{H}\mathrm{O}}^{-}(\mathrm{a}\mathrm{q}),K_{\mathrm{A}}=1,0\times 10^{-14}$ donc $\mathrm{p}{K}_{\mathrm{A}}=14,0$.

L'équation de réaction de l'eau avec elle-même, appelée autoprotolyse, s'écrit :

${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})\rightleftarrows {\mathrm{H}\mathrm{O}}^{-}(\mathrm{a}\mathrm{q})+{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}(\mathrm{a}\mathrm{q})$

Retrouvez une

vidéo

https://www.youtube.com/watch?v=1AxprE2aMRY

sur la constante d'acidité.

• Si ${\left[{\mathrm{A}}^{-}\right]}_{\mathrm{e}\mathrm{q}}=[\mathrm{A}\mathrm{H}{]}_{\mathrm{e}\mathrm{q}}$, alors $\log \left(\frac{{\left[{\text{A}}^{-}\right]}_{\text{eq}}}{[\text{AH}{]}_{\text{eq}}}\right)=0$, donc $\mathrm{p}\mathrm{H}=\mathrm{p}{K}_{\mathrm{A}}$.
• Si ${\left[{\mathrm{A}}^{-}\right]}_{\mathrm{e}\mathrm{q}}>[\mathrm{A}\mathrm{H}{]}_{\mathrm{e}\mathrm{q}}$, la base prédomine. Alors $\log \left(\frac{{\left[{\mathrm{A}}^{-}\right]}_{\mathrm{e}\mathrm{q}}}{[\mathrm{A}\mathrm{H}{]}_{\mathrm{e}\mathrm{q}}}\right)>0$ donc $\mathrm{p}\mathrm{H}>\mathrm{p}{K}_{\mathrm{A}}$.
• Si ${\left[{\mathrm{A}}^{-}\right]}_{\mathrm{e}\mathrm{q}}<[\mathrm{A}\mathrm{H}{]}_{\mathrm{e}\mathrm{q}}$, l'acide prédomine. Alors $\log \left(\frac{{\left[{\mathrm{A}}^{-}\right]}_{\mathrm{e}\mathrm{q}}}{[\mathrm{A}\mathrm{H}{]}_{\mathrm{e}\mathrm{q}}}\right)<0$ donc $\mathrm{p}\mathrm{H}<\mathrm{p}{K}_{\mathrm{A}}$.

Soit ${\text{HInd(aq)/Ind}}^{-}\text{(aq)}$ le couple acide-base d'un indicateur coloré.

Pour un couple ${\text{AH/A}}^{-}$, le $K_{\text{A}}$ s'écrit :
$K_{\text{A}}=\frac{{\left[{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}\right]}_{\mathrm{e}\mathrm{q}}\cdot {\left[{\mathrm{A}}^{-}\right]}_{\mathrm{e}\mathrm{q}}}{[\mathrm{A}\mathrm{H}{]}_{\mathrm{e}\mathrm{q}}\cdot c°}$

Par passage au logarithme, le $\text{pH}$ vaut :
$\mathrm{p}\mathrm{H}=\mathrm{p}{K}_{\mathrm{A}}+\log \left(\frac{{\left[{\mathrm{A}}^{-}\right]}_{\mathrm{e}\mathrm{q}}}{[\mathrm{A}\mathrm{H}{]}_{\mathrm{e}\mathrm{q}}}\right)$

On peut donc écrire :
$\text{log}(K_{\text{A}})=\text{log}\left(\frac{[{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}{]}_{\text{eq}}}{c°}\right)+\text{log}\left(\frac{[{\text{A}}^{-}{]}_{\text{eq}}}{[\text{AH}{]}_{\text{eq}}}\right)$

Soit $-\text{log}\left(\frac{[{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}{]}_{\text{eq}}}{c°}\right)=-\text{log}(K_{\text{A}})+\text{log}\left(\frac{[{\text{A}}^{-}{]}_{\text{eq}}}{[\text{AH}{]}_{\text{eq}}}\right)$

Alors, $\text{pH}=\text{p}{K}_{\text{A}}+\text{log}\left(\frac{[{\text{A}}^{-}{]}_{\text{eq}}}{[\text{AH}{]}_{\text{eq}}}\right)$

• La forme basique d'un couple acide-base peut prédominer même si le $\text{pH}$ de la solution aqueuse est acide, du moment qu'il est supérieur au $\text{p}{K}_{\text{A}}$ du couple.

Le groupe carboxyle possède des propriétés acides et le groupe amine des propriétés basiques. Ainsi, un acide $\alpha$‑aminé peut exister sous trois formes et son diagramme de prédominance sera :

Une solution acide peut être titrée en réalisant un titrage pH-métrique ou un titrage colorimétrique avec un indicateur coloré.

Pour repérer l'équivalence d'un titrage colorimétrique, la zone de virage doit être située le plus au centre possible du saut de $\text{pH}$.

On considère le titrage d'une solution d'acide éthanoïque par une solution d'hydroxyde de sodium $({\text{Na}}^{+}\text{(aq)};{\text{HO}}^{-}(\text{aq}))$. Quelle serait l'allure de la courbe représentant l'évolution du $\text{pH}$ en fonction du volume de soude $V_{\text{B}}$ versé ?

Bien qu'il présente une zone positive et une zone négative, le zwitterion est neutre. Sous sa forme zwitterionique, l'acide aminé n'a ni perdu ni capté d'ion ${\text{H}}^{+}$.

• Zones de virages d'indicateurs colorés de $\mathbf{p}\mathbf{H}$ :
  rouge de méthyle $(4,2-6,3)$
  rouge de phénol $(6,6-8,0)$
  bleu de thymol $(8,0-9,6)$

Les solutions tampons peuvent être utilisées pour étalonner un pH-mètre, pour séparer des espèces chimiques, dans les milieux biologiques, etc.

Dans les milieux biologiques, les processus biochimiques sont très sensibles aux variations de $\text{pH}$. La majorité des enzymes ne sont actives que pour un $\text{pH}$ proche de $7$. Dans le sang par exemple, le $\text{pH}$ est régulé autour de $7,4$ par divers couples acide-base.

Exemple : étalonnage d'un pH-mètre

Pour étalonner un pH-mètre, il faut procéder par étapes en commençant par calibrer l'appareil pour une solution tampon de $\text{pH}=4$. Ensuite, il faut répéter cette opération avec une solution tampon de $\text{pH}=7$.

Cet étalonnage nécessite, pour améliorer la qualité des mesures, d'effectuer plusieurs fois le calibrage à $\text{pH}$ égal à $4$ ou $7$ (car les réglages sont dépendants l'un de l'autre). Pour des mesures du milieu basique, on remplace la solution tampon du $\text{pH}=4$ par une solution tampon à $\text{pH}=10$.

Une solution tampon se fabrique de plusieurs manières. Lors d'un titrage, une solution est tampon lorsque le volume de solution titrante est égal à $\frac{V_{\text{E}}}{2}$.

Découvrez le titrage d'un acide fort par une base forte en vidéo en

cliquant ici

https://www.youtube.com/watch?v=4BaM6wGlwco

.