Le pH et le pKa sont des paramètres de solution importants dans de nombreux domaines de la chimie, y compris des calculs impliquant des équilibres acido-basiques. Le pH est la mesure universelle de l'acidité, définie comme le logarithme négatif, à la base 10, de la «concentration en ions hydrogène» d'une solution, et s'exprime comme: pH = -log [H3O +]. Les parenthèses indiquent la concentration et le signe "+" indique la charge de l'ion hydrogène. pKa est le logarithme négatif, à la base 10, de la "constante de dissociation" d'un acide faible. Par exemple, la dissociation d'un acide faible "HA" s'écrit: Ka = [H3O +] [A-] /[HA], où A- est la «base conjuguée» de l'acide. Par conséquent, pKa = -log Ka. Chaque acide faible a une valeur de pKa unique. Utiliser l'équation de Henderson-Hasselbalch pour calculer le pH d'une solution tampon, qui est une solution d'un acide faible et de sa base conjuguée, lorsque le pKa de l'acide est connu. Cette équation est exprimée: pH = pKa + log ([base] /[acide]).

Supposons que vous ayez une solution tampon préparée en ajoutant 25,0 ml d'une solution 0,1 M d'hydroxyde de sodium (NaOH) à 75,0 ml d'une solution 0,1 M d'acide acétique (CH3COOH), où "M" désigne la concentration molaire. Noter que l'acide acétique réagit avec NaOH pour former la base conjuguée, CH3C00H-, comme suit: CH3COOH + NaOH = CH3C00- + Na + H20. Afin de calculer le pH, il est nécessaire de calculer les quantités d'acide et de base conjuguée dans la solution tampon après la réaction.

Calculer les moles initiales de base et d'acide dans la solution tampon. Par exemple, des moles de NaOH = 25,0 ml x 0,1 mole /litre x 1 litre /1000 ml = 0,0025 mole; moles de CH3COOH = 75,0 ml x 0,10 mole /litre x 1 litre /1000 ml = 0,0075 mole.

On notera que lors du mélange des solutions, le CH3COOH consomme les ions OH- (hydroxyl) associés au NaOH, de sorte que ce qui reste est 0,0050 mole de CH3COOH (acide), 0,0025 mole de CH3COO- (base) et 0 mole de OH-.

Substituer le pKa de l'acide (4,74 pour l'acide acétique) et l'acide et concentrations de base dans l'équation de Henderson-Hasselbalch pour calculer le pH de la solution tampon. Par exemple, pH = 4,74 + log (0,0025 /0,005) = 4,74 + log 0,5 = 4,44.

Tip

Contrairement aux acides forts, les acides faibles ne s'ionisent pas complètement en solution. Au lieu de cela, un équilibre est établi entre l'acide non ionisé, l'ion hydrogène et la base conjuguée. Les valeurs de pKa sont disponibles dans les manuels de chimie, d'autres documents chimiques et de ressources en ligne. Les tampons sont spécifiquement formulés pour une foule d'applications industrielles et autres où le pH doit être maintenu dans des limites prédéfinies.