Acides et bases en solution aqueuse - Constante d'acidité Ka

Si on introduit un acide \(\textrm A\) appartenant au couple acide – base[1] \(\textrm A / \textrm B\) dans l'eau, il se produit une réaction acido-basique avec la base \(\textrm H_2\textrm O\) appartenant au couple \(\textrm H_3\textrm O^+ / \textrm H_2\textrm O\) soit :

\(\textrm A+\textrm H_2\textrm O\Leftrightarrow\textrm B+\textrm H_3\textrm O^+\)

(notez que les espèces \(\textrm A\) et \(\textrm B\) peuvent être l'une et l'autre des molécules neutres ou des ions)

La constante d'équilibre[2] de cette réaction est appelée la constante d'acidité notée \(\textrm K_a\).

Les valeurs des constantes \(\textrm K_a\) permettent de comparer les acides entre eux et les bases entre elles. Pour faciliter ces comparaisons, les chimistes utilisent la notation \(\textrm p\textrm K_a = - \textrm l\textrm o\textrm g (\textrm K_a)\).

De même, si l'on introduit une base \(\textrm B\) appartenant au couple acide – base \(\textrm A / \textrm B\) dans l'eau, il se produit une réaction acido-basique avec l'acide \(\textrm H_2\textrm O\) appartenant au couple \(\textrm H_2\textrm O / \textrm O\textrm H^-\) soit

\(\textrm B+\textrm H_2\textrm O\Leftrightarrow\textrm A+\textrm{OH}^-\)

La constante d'équilibre de cette réaction est appelée la constante de basicité notée \(\textrm K_b\).

Pour caractériser le couple acide – base \(\textrm A / \textrm B\) dans l'eau, les chimistes utilisent plutôt la constante \(\textrm K_a\) que \(\textrm K_b\) ; en effet, la valeur de \(\textrm K_b\) peut être déduite des valeurs de \(\textrm K_a\) et \(\textrm K_e\) comme on peut le constater ci-dessous :

Le bilan de la réaction de basicité \(\textrm B + \textrm H_2\textrm O\Leftrightarrow \textrm A + \textrm{OH}^-\) et de la réaction d'acidité du même couple

\(\textrm A + \textrm H_2\textrm O \Leftrightarrow\textrm B + \textrm H_3\textrm O^+\) conduit à la réaction d'autoprotolyse de l'eau[3] et donc à la relation :

\(\textrm K_\textrm e=\textrm K_\textrm a.\textrm K_\textrm b\)

\(\displaystyle{\begin{array}{llllll} \quad(\textrm B+\textrm H_2\textrm O\Leftrightarrow\textrm A+\textrm{OH}^-)&\textrm{ }K_b \\+(\textrm A+\textrm H_2\textrm O\Leftrightarrow\textrm B+\textrm{H}_3\textrm O^+)&\textrm{ }K_a \\ \rule[1ex]{4.5cm}{0.1mm}&\\ =\textrm H_2\textrm O+\textrm H_2\textrm O\Leftrightarrow\textrm{H}_3\textrm O^++\textrm{OH}^-&\textrm{ }K_e=K_a.K_b  \end{array}}\)

ou encore

\(\textrm{pK}_\textrm e = \textrm{pK}_\textrm a + \textrm{pK}_\textrm b = 14\textrm{ à 25 °C} \)