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Un exemple concret
L'acide éthanoïque a un pKa voisin de 4,8. Dans une solution de pH 5,8, pH − pKa = 1, donc [A⁻]/[AH] = 10 : la base, l'ion éthanoate, est dix fois plus présente que l'acide.
Le piège à éviter
Croire que le pKa change avec la concentration ou le pH de la solution. Le pKa est une caractéristique du couple à une température donnée ; c'est le rapport [A⁻]/[AH] qui varie avec le pH.
Pour aller plus loin
Pour un couple AH/A⁻, l'équation de référence est AH(aq) + H2O(l) ⇄ A⁻(aq) + H3O⁺(aq). À l'équilibre, le quotient de réaction est égal à Ka. En prenant le logarithme, on obtient la relation très utilisée pH = pKa + log([A⁻]/[AH]). Elle relie trois grandeurs : connaître deux d'entre elles permet de calculer la troisième.
On en déduit le diagramme de prédominance. Si pH < pKa, la forme acide AH prédomine ; si pH > pKa, c'est la forme basique A⁻ ; si pH = pKa, les deux formes ont la même concentration. Pour un indicateur coloré, la forme acide et la forme basique n'ont pas la même couleur, et la zone de virage s'étend approximativement de pKa − 1 à pKa + 1. Le diagramme de distribution représente les pourcentages de chaque forme en fonction du pH : les deux courbes se croisent à 50 % pour pH = pKa.
Le pKa permet aussi de comparer les acides entre eux. Un acide fort est totalement dissocié dans l'eau ; un acide faible ne l'est que partiellement, et on le classe grâce à son pKa. Expérimentalement, lors du titrage d'un acide faible par une base forte, le pH mesuré à la demi-équivalence est égal au pKa du couple, ce qui fournit une méthode de détermination. Ces notions relèvent du thème de Terminale sur la force des acides et des bases et les équilibres acide-base.
Ne pas confondre
- pH : Le pH caractérise une solution et dépend de sa composition ; le pKa caractérise un couple acide/base et ne dépend que de la température.
- Constante d'équilibre K : K désigne la constante de n'importe quelle réaction ; Ka est la constante particulière de la réaction d'un acide avec l'eau.
- Concentration de l'acide : Un acide concentré n'est pas forcément fort : la force se lit dans le pKa, la concentration dans la quantité dissoute par litre.
Dans ta copie
Le couple acide éthanoïque / ion éthanoate a un pKa d'environ 4,8. La relation pH = pKa + log([A⁻]/[AH]) permet de prévoir la forme prédominante. Dans le vinaigre, dont le pH est voisin de 3, on a pH < pKa : c'est donc la forme acide CH3COOH qui prédomine. Dans le sang, de pH proche de 7,4, l'écart pH − pKa dépasse 2 : l'acide y est presque entièrement sous forme d'ion éthanoate. Le pKa reste le même dans les deux cas ; seul le rapport des concentrations change avec le pH du milieu.
À retenir
- Ka est la constante d'équilibre de la réaction d'un acide avec l'eau.
- Le pKa vaut −log Ka et un petit pKa signale un acide plus fort.
- La relation pH = pKa + log([A⁻]/[AH]) donne la forme prédominante.
- À la demi-équivalence d'un acide faible titré par une base forte, pH = pKa.
Teste-toi
Physique-chimie · question corrigée
Le couple HA/A⁻ a un pKa de 4,0. À pH = 2,0, quelle forme prédomine ?
Voir la réponse
Réponse A. Pour pH < pKa, la forme acide prédomine. Ici [A⁻]/[HA] = 10⁻², donc HA est cent fois plus abondant.
Physique-chimie · question corrigée
Deux acides ont des pKa de 3,2 et 9,2. Que peut-on affirmer ?
Voir la réponse
Réponse B. Plus le pKa est faible, plus Ka est grand et plus l'acide se dissocie dans l'eau : l'acide de pKa 3,2 est le plus fort.
Questions fréquentes
Pourquoi utiliser pKa plutôt que Ka ?
Les valeurs de Ka sont souvent très petites, comme 10⁻⁵ ou 10⁻⁹. Le pKa donne des nombres simples, sur la même échelle que le pH, ce qui facilite les comparaisons.
Faut-il apprendre les pKa par cœur ?
Non, les valeurs sont fournies dans l'énoncé. En revanche, tu dois savoir les exploiter pour tracer un diagramme de prédominance.
Notions liées
Pour réviser tout le chapitre, va sur la page Physique-chimie, ou retrouve toutes les définitions dans le lexique du bac. Dans l'application, les quiz reprennent ces notions sur le programme de ta série.