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STAGE - COMPARER LA FORCE DES ACIDES ET DES BASES

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Comment calculer le pH d'un acide fort et d'une base forte ?

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Comment calculer le pH d'un acide fort et d'une base forte ?

 

I. Définition de Brönsted

 

A. Acide

$AH + H_2O \rightleftharpoons A^- + H_3O^+$

Un acide, ici représenté par $AH,$ peut, si on le met en contact avec de l’eau, céder un proton à l’eau pour former sa base conjuguée $A^-$ et l’ion hydronium $H_3O^+.$

 

B. Base

$A^- + H_2O \rightleftharpoons AH + HO^-$

Une base est capable de capter un proton. La base est ici représentée par $A^- $ et réagit avec l’eau pour former $AH,$ l’acide conjugué de cette base, et l’ion hydroxyde $HO^-.$ Donc, un acide réussit à céder un proton en solution et une base réussit à capter un proton en solution.

 

II. Espèces ampholytes

 

Il existe des espèces qu’on appelle « ampholytes » qui ont des doubles caractéristiques c’est-à-dire qu’elles sont en même temps des acides et des bases.

 

$HO^- + CO_2 + H_2O \rightleftharpoons HCO_3^-+ H_2O \rightleftharpoons CO_3^{2-}+ H_3O^+$

Ici, l’ion hydrogénocarbonate peut, à la fois, donner $CO_3^{2-}$  et $H_3O^+$, ce qui met en évident le caractère acide des ions hydrogénocarbonates, et en même temps créer cet ion hydroxyde $HO^-$ en formant du dioxyde de carbone. C’est la réaction qui se passe lorsqu’on s’intéresse à l’eau de chaux.

 

$2H_2O \rightleftharpoons H_3O^+ + HO$

Autre espèce ampholyte : c’est l’eau ! Ici, il y a ce qu’on appelle l’autoprotolyse de l’eau. L’eau réagit avec elle-même pour former l’ion hydronium $H_3O^+$ et l’ion hydroxyde $HO^-.$ C’est une réaction assez classique d’autoprotolyse de l’eau.

 

III. Calcul du pH

 

A. Acide fort et base forte

Un acide fort est un acide qui réagit totalement avec l’eau, se dissocie totalement pour former $A^-$ et $H_3O^+.$ Donc, la réaction est totale et à la fin de cette dissociation, il n’y a plus d’$AH$ dans le milieu.

Une base forte est une base qui se dissocie aussi totalement dans le milieu et réagit avec l’eau pour former de façon totale l’ion hydroxyde et $AH.$

 

B. Comment les calcule-t-on ?

Il y a deux formules à connaître par cœur.

 

La formule du pH pour un acide fort : $pH = -log[H_3O^+].$

Les ions $H_3O^+$ ont été formés dans le milieu. On prend l’exemple d’une solution d’acide chlorhydrique à $10^{-3}$ mol.L-1 et on applique cette formule : $pH = -log[10^{-3}]$ ; $pH = -(-3) = 3.$

 

Pour la base forte, le pH est égal à $14 + log[HO^-]$.

Exemple : la solution d’hydroxyde de sodium de concentration $10^{-3}$ mol.L-1. On applique encore une fois cette formule : $pH = 14 + log[10^{-3}] = 14-3 = 11$.

 

A retenir : Ce qu’il faut connaître dans cette partie sur le pH d’un acide fort et d’une base forte c’est la définition de Brönsted, puis savoir calculer le pH en fonction des concentrations suivant qu’on a affaire à une base fort ou à un acide fort.