Réactions d'acides base

Pour calculer le pH d’une solution, il y a deux moyens : soit la solution est composée d’un mélange simple et on peut directement appliquer une des formules rappelées ci-dessous, soit le mélange est complexe et il faut appliquer la méthode de la réaction prépondérante décrite plus bas.

Quelles formules de pH peut on appliquer directement ?

On connait la concentration $[H_3O^+]$ : $pH\:=\:-log([H_3O^+])$.

Solution d’un monoacide fort $AH$ : $pH\:=\:-log([AH])$, valable si $pH < 6.5$.

Solution d’une monobase forte $A^-$ : $pH\:=\:pK_e\:+\:log([A^-])$, valable si $pH > 7.5$.

Solution d’un acide faible $AH$ : $pH\:=\:\frac{1}{2}(pK_a\:-\:log([AH]))$, valable si $pH < pK_a-1$ et $pH < 6.5$.

Solution d’une base faible $A^-$ : $pH\:=\:\frac{1}{2}(pKe\:+\:pK_a\:+\:log([A^-]))$, valable si $pH > pK_a+1$ et $pH > 7.5$.

Solution d’ampholyte : $pH\:=\:\frac{1}{2}(pK_{a1}\:+\:pK_{a2})$.

Comment appliquer la méthode de la réaction prépondérante (RP) ?

1. On écrit sur une échelle de pKa les couples de toutes les espèces mises en solution.

2. On applique la "règle du gamma" pour déterminer la réaction prépondérante, c’est-à-dire celle de plus grande constante K.

3. Réappliquer la "règle du gamma" pour vérifier qu’il n’y a pas de réaction en compétition avec la première. En effet, la RP précédemment trouvée doit avoir une constante de réaction supérieure à $10^3$ fois la constante de la réaction suivante, sinon il faut considérer les deux réactions comme simultanées.

4. Dresser un tableau d’avancement de la RP (ou les RPs si réactions simultanées) en utilisant les considérations suivantes :

• Si $K>10^3$ la réaction est considérée comme totale.
• Si $K<10^3$ la réaction est considérée comme totale dans le sens indirect.
• Si $10^-3<$K$<10^3$ on considère que la réaction est un équilibre.

6. Recommencer le travail à partir de l’étape 2 en considérant que l’état du système trouvé à l’étape précédente est le nouvel état initial. Par contre, si une seule constante d’équilibre fixe les concentration finales, l’état d’équilibre est trouvé, on ne recommence pas.

7. Vérifier les hypothèses réalisées. Par exemple, on vérifie que le pH trouvé n’est pas compris entre 6.5 et 7.5 si on a négligé l’autoprotolyse de l'eau. Si on a négligé d’autres réactions, on controle qu’elles sont effectivement négligeables en vérifiant que les concentrations qu’elles produisent sont au moins 10 fois plus faibles que les concentrations produites par les réactions considérées au cours de la résolution du problème.