Acides faibles
Pourquoi les acides sont-ils faibles ou forts ?
Tout acide réagit avec l’eau. Lorsqu’il perd un proton, il transfère ce proton à l’eau. L’eau agit comme une base lorsqu’elle solvate le proton. L’acide conjugué est l’eau protonée et il est représenté par (H3O)+, (H5O2)+, (H2nOn)+, ou simplement par H+(aq). La base conjuguée est l’acide moins son proton.
Un acide fort est complètement dissocié dans l’eau alors qu’un acide faible est en équilibre avec sa base conjuguée dans l’eau. Examinons la réaction d’un acide fort, l’acide nitrique ou HNO3, et d’un acide plus faible, l’acide nitreux ou HNO2, dans l’eau.
L’acide nitrique est un acide plus fort que l’acide nitreux car sa base conjuguée est plus stable. L’ion NO3- a une charge négative excédentaire répartie sur 3 atomes d’oxygène alors que la charge négative excédentaire de NO2- est répartie sur 2 atomes d’oxygène.
Une base conjuguée est plus stable lorsque la charge négative est sur un élément électronégatif et lorsque la charge est délocalisée sur plusieurs atomes. Plus la base conjuguée est stable, plus l’acide est fort. Une base conjuguée stable n’est pas très basique. Un acide très fort a une base conjuguée très faible et un acide très faible a une base conjuguée très forte.
Equilibre d’un acide faible
L’acide nitreux est en équilibre avec un proton et sa base conjuguée, NO2-. La concentration de l’eau étant constante, on peut définir une constante égale au produit de la concentration de l’eau et de la constante d’équilibre. Cette constante, le Ka est de 10-3,29 pour HNO2.
Nous pouvons utiliser le Ka pour déterminer le pH d’une solution d’acide nitreux. Par exemple, déterminons le pH d’une solution constituée de 0,01 mole de HNO2 dans 1,0 L d’eau.
Une partie de l’acide va se dissocier en H+ et NO2- mais nous ne savons pas w=combien. Nous appellerons la concentration molaire de protons solvatés x donc = x. Cela signifie que la concentration de NO2- doit aussi être x car ils se forment en quantités égales par la dissociation de l’acide. La concentration
Il est toujours possible de résoudre x en utilisant l’équation quadratique mais la plupart du temps, nous pouvons la résoudre en utilisant une approximation. Si nous supposons que l’ampleur de la dissociation est faible, alors la concentration de l’acide à l’équilibre ne change pas beaucoup par rapport à sa concentration initiale. Nous pouvons alors utiliser la concentration originale de l’acide dans l’expression du Ka.
L’approximation est bonne dans ce cas parce que nous obtenons la même valeur de pH en l’utilisant que celle de l’équation quadratique.
Réaction entre les acides faibles et les bases fortes
Les bases fortes réagissent complètement avec les bases faibles pour former la base conjuguée de l’acide faible. Il y aura alors un équilibre entre l’acide faible et sa base conjuguée dans l’eau.
Par exemple, regardons la solution formée en mélangeant 0,010 mol de HNO2 et 0,004 mol de NaOH dans 1,0 L d’eau. Encore une fois, nous pouvons utiliser une approximation pour résoudre ce problème. L’approximation est valide parce que l’étendue de la dissociation sera petite quand il y a déjà du produit présent.
Acides faibles et acides forts
Les constantes de dissociation des acides d’une sélection d’acides est dans les tableaux. Dans le tableau sont listées les valeurs de pKa.
Les acides très forts, ceux qui sont complètement dissociés dans l’eau, sont distingués en examinant leur équilibre de dissociation acide dans des solvants non aqueux et le pKa pour l’eau est estimé. Les constantes d’équilibre des acides les plus faibles (pKa >0) sont déterminées à partir des mesures de pH des solutions.
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