Compréhension de la comparaison des acides entre eux

[invite37da9b1a]

Bonsoir,

Il y a quelques semaines on a eu un cours de chimie sur la comparaison de 3 acides dont la concentration serait la même mais dont le pH serait différent telles que: [S1]=[S2]=[S3]
pH1>pH2>pH3.
De cela on en a déduit que :
Tf1<Tf2<Tf3 Tf: taux d'avancement à l'état final
Ka1<Ka2<Ka3 Ka : Quotient de reaction
pKa1>pKa2>pKa3.
Bientôt c'est le bac et j'aimerai plus comprendre ce raisonnement plutôt que l'apprendre. En effet pourriez vous m'expliquer s'il vous plaît en quoi le fait que le pH soit plus élevé induit que l'avancement final sera plus faible et de même pourquoi le fait que Tf soit plus faible induit que le Ka sera petit ?

Je vous remercie d'avance pour votre aide.
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[invitea85ccf09]

Lorsque tu obtiens le pH d'une solution aqueuse, tu as un chiffre qui correspond à -log₁₀[H⁺], avec [H⁺] qui correspond à la concentration d'ions H⁺ présents dans le milieu (c'est la définition du pH).

Ces ions H⁺ viennent de la dissociation de molécules dites "acides" d'après la définition qu'en donne Brönsted (par exemple, l'acide chlorhydrique HCl, l'acide acétique CH₃COOH, ou encore l'acide sulfurique H₂SO₄).

La formule globale de la réaction est :

A-H ---> A^- + H⁺

Cependant, toutes ces réactions ne sont pas forcément totales selon l'acide de Brönsted que tu utilises, et une partie de l'acide peut rester sous la forme A-H, les H⁺ ou "protons" des molécules non dissociés ne participent donc pas à l'acidification du milieu et n'entre logiquement pas dans le calcul du pH, qui ne s'intéresse qu'à la concentration en ion H⁺.

Donc si pour trois solutions de trois acides différents à la même concentration, tu as trois pH différents, c'est bien que chacun des trois acides n'a pas acidifié la solution avec la même efficacité.
Donc l'avancement à l'état final de la réaction A-H ---> A^- + H⁺ n'est pas le même pour les trois acides.

Comme un pH inférieur correspond à une concentration en ions H⁺ supérieure (là c'est des maths) :
pH1>pH2 signifiera que la concentration en ions H⁺ dans la solution 1 est inférieure à celle dans la solution 2, l'acide contenu dans la solution 1 est donc moins dissocié que celui contenu dans la solution 2, son taux d'avancement final tf1 est donc inférieure au taux d'avancement final tf2 de l'acide de la solution 2.

Passons maintenant aux quotients de réactions Ka, il s'agit du rapport entre le produit des concentrations du résultat final de la solution, soit [A^-] x [H⁺], sur la concentration de l'acide non dissocié [A-H], soit :

[A^-] x [H⁺]
_________
---[A-H]

Pour un acide 1 moins dissocié que l'acide 2, la concentration en ions [A^-] et [H⁺] va donc être inférieure, alors que la concentration en acide non dissocié [A-H] va être supérieure.
Le comparaison des deux rapports finaux va donc être à l'avantage de l'acide 2, qui a un numérateur supérieure et un dénominateur inférieure (là encore c'est des maths).

Enfin, le pKa étant défini comme pKa=-log₁₀Ka (tiens, ça me rappelle une définition), plus un Ka est grand, plus le pKa associé est petit (il s'agit à nouveau de mathématiques), donc si Ka1<Ka2, pKa1>pKa2.

En reprenant depuis le début, si deux solutions d'acides différents à même concentration ont des pH différents, la solution au pH le plus faible sera plus acide, donc son taux d'avancement final sera supérieure (plus de [H⁺ libérés), ce qui lui donnera un Ka supérieure et un pKa inférieur.

Classer les acides par pKa permet de savoir qu'entre deux acides de pKa différents, le plus faible pKa étant le meilleur acide des deux.

[invite37da9b1a]

Je te remercie de ta réponse elle m'a été d'une grande aide,

En effet je n'arrivais pas à faire ce raisonnement parce que je faisais une erreur bête je pensais que tf=xf/x max alors que c'est le contraire et c'est cela qui m'empêchait de conclure et merci également pour le Ka. Mais j'ai une dernière petite question que veux tu dire par le fait qu'un acide est meilleur qu'un autre ?

Merci une nouvelle fois et a bientôt.

[invitea85ccf09]

Comme je te l'ai dit, quand tu dissous ton acide A-H dans l'eau (car si l'on parle de pH il est bien entendu que l'on se situe dans l'eau), c'est sa dissociation en A^- et H⁺ qui va "acidifier" la solution car l'acidité est proportionnelle à la concentration en ions H⁺ "libres".
Tous les acides ne se dissociant pas avec la même efficacité, certains vont se dissocier totalement, certains en partie et d'autres pas du tout.
Un acide qui ne se dissocie pas du tout ne va pas acidifier ta solution, qui restera à son pH d'avant mise de l'acide en solution.
Exemple l'éthanol dont le proton attaché à l'oxygène est considéré comme acide dans certaines conditions n'est pas dissocié dans l'eau (il reste sous forme EtOH au lieu de donner EtO^- + H⁺), alors que l'acide chlorhydrique est quant à lui totalement dissocié (il n'existe pas de "HCl" dans l'eau mais uniquement des ions H⁺ et des ions Cl^-).

L'acide chlorhydrique est un meilleur acide que l'éthanol.

[A voir en vidéo sur Futura]