Loi d`action de masse pour les acides et les bases

PROF: Mr BECHA Adel ( prof principal)
4 eme Sciences exp , maths et technique
Matière : Sciences physiques www.physique.ht.cx
Loi d'action de masse pour les acides et les bases
I/Prévision du sens d'évolution d'une réaction acide-base
Soit la réaction acide-base :
A1 + B2 <======> A2 + B1
Les couples mis en jeu sont: A1 / B1 et A2 / B2
La loi d'action de masse :
[ B1 ] [A2]
K = –––––––––––
[ B2 ] [A1]
La comparaison du rapport des produits des concentrations à la valeur de la constante à
l'équilibre K permet de prévoir le sens d'évolution du système.
II/ Constante d'acidité Ka
Lorsque qu'un acide AH passe en solution aqueuse, il s'établit l'équilibre acido-basique noté :
AH + H2O <====> A- + H3O+.
L'eau joue ici le rôle d'une base (couple H3O+ / H2O).
La loi d'action de masse :
[ A- ] [H3O+]
K =–––––––––––
[ H2O ] [AH]
1
[ H2O ] est une constante
[ A- ] [H3O+]
[H2O ]
=––––––––––– =constante
[AH]
La constante d'équilibre associée est appelée constante d'acidité Ka du couple AH / A- : elle
caractérise le comportement des espèces de ce couple dans l'eau .
[ A- ] [H3O+]
Ka
=
–––––––––––
[AH]
Chaque couple acide / base est caractérisé par une constante d'acidité Ka .
La constante d'acidité Ka permet de prévoir l'évolution d'une transformation acido-basique.
on écrit alors que la constante d'acidité est
[ base ] [H3O+]
Ka
= --------------------[acide]
pKa = -log Ka
Ka =10 -pKa
Exemple:
[ CH3COO- ] [H3O+]
CH3COOH + H2O <====> CH3COO- + H3O+
Ka
=--------------------[CH3COOH]
pKa du couple CH3COOH/CH3COO- = 4,8 à 25°C
Ka du couple CH3COOH/CH3COO- = 1,58 10-5 à 25°C
2
III/Constante de basicité Kb
Lorsque qu'une base B passe en solution aqueuse, il s'établit l'équilibre acido-basique noté :
B + H2O <====> BH+ + OH-.
L'eau joue ici le rôle d'un acide (couple H2O / OH-).
La constante d'équilibre associée est appelée constante de basicité Kb du couple BH+ / B.
À l'équilibre,
[ BH+ ] [OH-]
Kb
= –––––––––––
[B]
Chaque couple acide / base est caractérisé par une constante
de basicité Kb .
La constante de basicité Kb permet de prévoir l'évolution d'une transformation acidobasique.
on écrit que la constante de basicité est
[acide] ] [OH-]
Kb
= -------------[base]
pKb = - log Kb
Kb = 10 -pKb
IV/relation entre Ka et Kb d'un même couple
pour un couple donné :
Kb . Ka = Ke
pKa + pKb = pKe
Par commodité, on caractérise un couple acide / base uniquement en fonction de sa constante
d'acidité Ka.
La connaissance des constantes d'acidité permet de comparer la force de 2 acides.
A l'acide le plus fort correspond la constante d'acidité(Ka) la plus grande. Soit, le pKa le plus
faible.
• Pour le couple H3O+ / H2O On a Ka = [H2O] [H3O+] / [H3O+]
3
Ka = 1.
• Pour le couple H2O / OH-, On a Ka = [OH-] [H3O+] / [H2O] Ka = 10-14
on retrouve l'expression associée au produit ionique de l'eau.
Pour comparer les couples Acide / Base , il est plus commode de les comparer à un même
couple pris comme référence soit H3O+ / H2O .
V/Classification des acides et bases
Au lieu de caractériser d' une part les forces des acides par leur Ka , d' autre part les forces des
bases par leur Kb , on caractérisera ,par convention , un couple acide - base conjugués par la
constante d'acidité du couple ( ou son pKa ) .
Le tableau ci - dessous donne la liste des pKa des principaux couples acide - base , à 25 ° C
Remarque :
1 - pKa des couples acide - base de l'eau :
Des considérations qu'on ne peut pas développer ici ,conduisent à donner les valeurs suivantes
couple H3O+ / H2 O : pKa = 0
couple H2O / OH- : pKa = 14
2 - *Un acide fort ne peut subsister sous sa forme acide dans l'eau ; en effet l' acide le plus
fort qui puisse exister en solution aqueuse est H3O+ . Tout acide qui serait plus fort que H3O+ (
c' est -à -dire pour lequel pKa < 0 ) est entièrement transformé dans l' eau en H3O+
*De même une base forte ne peut subsister sous sa forme basique en solution aqueuse ; dans l'
eau , la base la plus forte qui puisse exister est OH-. Toute base qui serait plus forte que OH-(
pour laquelle pKa >14 ) est transformée entièrement en OH- en solution aqueuse . Donc , en
solution aqueuse ,
l'échelle des pKa est limitée par les valeurs 0 et 14 .
Tableau des pKa à 25°C des couples acide/base les plus courants
pKa =-logKa
Ka = 10-pKa
4
acides forts (plus forts que H3O +) HI,
bases inertes (indifferentes)
HBr, HCl, HNO3......
Formule
Nom du couple acide /base
pKa
hydronium/eau
H3O +/H2O
0
trichloroéthanoïque/trichloroéthanoate CCl3COOH/CCl3COO iodique/iodate
HIO3/IO3-
0,70
0,80
dichloroéthanoïque/dichloroéthanoate CHCl2COOH/CHCl2COO -
1,26
fluoroéthanoïque/fluoroéthanoate
CH2FCOOH/CH2FCOO -
2,57
chloroéthanoïque/chloroéthanoate
CH2ClCOOH/CH2ClCOO -
2,86
bromoéthanoïque/bromoéthanoate
CH2BrCOOH/CH2BrCOO -
2,90
lactique/lactate
CH3CHOHCOOH/CH3CHOHCOO -
3,08
nitreux/nitrite
HNO2/NO2-
3,14
iodoéthanoïque/iodoéthanoate
CH2ICOOH/CH2ICOO -
3,16
fluorhydrique/fluorure
HF/F -
3,17
acétylsalicylique/acétylsalicylate
C8H7O2COOH/C8H7O2COOH
3,48
cyanique/cyanate
HOCN/OCN -
3,66
-
méthanoïque/méthanoate
HCOOH/HCOO
ascorbique/ascorbate
C6H8COOH/C6H8COO -
4,17
-
4,19
benzoïque/benzoate
C6H5COOH/C6H5COO
3,75
+
anilinium/aniline
C6H5NH3 /C6H5NH2
4,62
éthanoïque/éthanoate
CH3COOH/CH3COO -
4,75
propanoïque/propanoate
CH3CH2COOH/CH3CH2COO -
4,87
pyridinium/pyridine
C5H5NH +/C5H5N
5,25
hydroxylammonium/hydroxylamine
NH3OH +/NH2OH
6,00
dioxyde de
carbone/hydrogénocarbonate
CO2 + H2O/HCO3-
6,12
sulfhydrique/hydrogénosulfure
H2S/HS -
7,04
hypochloreux/hypochlorite
HClO/ClO -
7,55
ammonium/ammoniac
NH4+/NH3
9,20
borique/borate
H3BO3/H2BO3-
9,23
5
hypobromeux/hypobomite
HBrO/BrO -
9,24
cyanhydrique/cyanure
HCN/CN -
9,31
triméthylammonium/triméthylamine
(CH3)3NH+/(CH3)3N
9,87
phénol/phénolate
C6H5OH/C6H5O -
9,89
hydrogénocarbonate/carbonate
HCO3-/CO32-
10,25
hypoiodeux/hypoiodite
HIO/IO-
10,64
méthylammonium/méthylamine
CH3NH3+/CH3NH2
10,70
éthylammonium/éthylamine
C2H5NH3+/C2H5NH2
10,75
triéthylammonium/triéthylamine
(C2H5)3NH+/(C2H5)3N
10,81
diméthylammonium/diméthylamine
(CH3)2NH2+/(CH3)2NH
10,87
diéthylammonium/diéthylamine
(C2H5)2NH2+/(C2H5)2NH
11,10
eau/hydroxyde
H2O/OH -
14
bases fortes
acides inertes (indifferents)
(plus fortes que OH -)
NH2-, alcoolate.....
6
7