Par Kevin Beck Mis à jour le 24 mars 2022
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Si vous voulez réussir en chimie, vous devez comprendre les acides et les bases. Vous devez non seulement comprendre ce que sont ces composés et comment ils se comportent en solution, mais également être capable d'effectuer des calculs simples de pH et comprendre pourquoi le comportement des acides forts simplifie les calculs impliquant ces substances.
Pour commencer, il faut savoir qu'en chimie, la concentration est souvent exprimé en moles par unité de volume, généralement en litres (mol/L) plutôt qu'en unités de masse par litre. Le nombre de grammes dans 1 mole d'une substance peut être déterminé à partir des masses molaires ou des poids moléculaires de ses atomes constitutifs, disponibles dans le tableau périodique des éléments.
Un acide est un composé qui donne un proton en solution aqueuse. Ce proton est parfois représenté dans les équations comme un proton autonome (H+) ou comme un ion hydronium (un proton plus de l'eau :H3O+). L’autre composant de l’acide dissous est appelé base conjuguée. La formule générale de dissociation d'un acide est HA → H+ + A–, où A– est la base conjuguée.
Les bases, en revanche, servent de sosie des acides :elles acceptent facilement les protons, ce qui équivaut à donner des ions hydroxyde (OH–) en solution aqueuse. Le reste d'une base dissociée est appelé acide conjugué. , et est souvent un cation métallique tel que Na+.
Le pH, ou « puissance de l'hydrogène », est une valeur généralement (mais pas mathématiquement) limitée à la plage numérique de 0 à 14,0. Les solutions acides ont un pH faible, les solutions neutres (telles que l'eau pure) ont un pH de 7 et les solutions basiques ont des valeurs de pH plus élevées.
Mathématiquement, le pH est simplement le négatif du logarithme en base 10 de la concentration en ions H+ (ou H3O+) :pH =–log10[H+]. Tant que vous disposez d'une calculatrice et que vous faites attention à vos puissances de 10, ces calculs sont simples.
Un acide fort est un acide qui abandonne facilement ses protons, et ce même lorsque le pH ambiant est faible, ce qui signifie qu'il y a déjà beaucoup de protons qui flottent. Les acides faibles n'abandonnent pas leurs protons si facilement et ne se dissocient de manière significative que lorsque le pH est plus proche de la neutralité. De même, les bases fortes abandonnent facilement les ions hydroxyde, même dans les solutions à pH élevé.
Les forces des acides et des bases peuvent se voir attribuer une valeur :pK a, ou la constante de dissociation acide , la valeur du pH à laquelle la moitié d'un acide a donné ses protons tandis que l'autre moitié reste à l'état conjugué. (Les bases ont, vous l'aurez deviné, des valeurs pKa.) Les acides plus forts ont donc des valeurs pKa plus faibles.
L'acide chlorhydrique, ou HCl, est un acide fort bien connu et courant. L'acide chlorhydrique est utilisé dans les laboratoires de chimie des collèges et lycées du monde entier, ainsi que dans une multitude d'applications industrielles et manufacturières.
Exemple :Calculez le pH d'une solution 0,100 M de HCl.
Puisque HCl est un acide fort, il s'ionise complètement et le pH de HCl en solution peut être déterminé à partir de la concentration (molarité) des ions H+, par définition égale à 0,100 M. (La base conjuguée de l'acide, qui est l'ion chlorure Cl–, aurait également une concentration de 0,100 M.)
Le pH est donc –log(0.100) =1.000 .
De toute évidence, des valeurs de molarité plus élevées donneront des valeurs de pH plus faibles et inversement pour HCl (ou tout autre acide).
Si vous n'avez pas envie de sortir une calculatrice et souhaitez en savoir plus sur le comportement chimique de quelques acides forts supplémentaires, consultez la page des ressources.