Transformations acide-base et titrages : Les couples acide/base de Brønsted

Introduction

Les phénomènes d’acidité et de basicité en chimie reposent sur l’interaction d’espèces chimiques appelées couples acide/base de Brønsted. Ces couples décrivent la capacité d’une substance à céder ou à accueillir un ion hydrogène (\( \mathrm{H}^+ \)).

Définition d'un couple acide/base de Brønsted

Un couple acide/base de Brønsted est constitué de deux espèces chimiques :

Une espèce acide qui peut céder un ion hydrogène (\( \mathrm{H}^+ \))
Une species base qui peut capter cet ion hydrogène

Représentation générale :

acide \( \mathrm{HA} \) / base \( \mathrm{A}^- \)

où \( \mathrm{HA} \) est l’acide et \( \mathrm{A}^- \) la base conjuguée.

Exemple de couple

Dans l’eau :

Acide : \( \mathrm{H}_2\mathrm{O} \) qui peut céder un \( \mathrm{H}^+ \) pour devenir \( \mathrm{OH}^- \).
Base : \( \mathrm{H}_2\mathrm{O} \) qui peut capter un \( \mathrm{H}^+ \) pour former \( \mathrm{H}_3\mathrm{O}^+ \).

Exemples concrets : \[ \mathrm{HCl} / \mathrm{Cl}^- \] , \[ \mathrm{H}_2\mathrm{SO}_4 / \mathrm{HSO}_4^- \] , \[ \mathrm{NH}_3 / \mathrm{NH}_4^+ \] .

Réaction entre acide et base

Une réaction acide-base s’écrit selon :

\( \mathrm{H}_A + \mathrm{B} \ \longrightarrow \ \mathrm{A}^- + \mathrm{HB}^+ \)

où \( \mathrm{H}_A \) est la forme acide et \( \mathrm{B} \) la base. La réaction conduit à la formation des conjugués respectifs.

Constante d’équilibre (Ka et Kb)

Les couples sont caractérisés par leur constante d’ionisation :

Ka pour l’acide : \[ K_a = \frac{[\mathrm{A}^-][\mathrm{H}_3\mathrm{O}^+]}{[\mathrm{HA}]} \]
Kb pour la base : \[ K_b = \frac{[\mathrm{BH}^+][\mathrm{OH}^-]}{[\mathrm{B}]} \]

Relation importante :

\[ K_a \times K_b = K_w pprox 1,0 \times 10^{-14} \quad \text{à 25°C} \]

Conclusion

Les couples acide/base de Brønsted permettent de comprendre la transformation des ions hydrogène et la manière dont ils participent aux titrages et autres phénomènes chimiques. La connaissance des constantes d’équilibre permet d’estimer la force d’une acide ou d’une base.